Fundamentos Esenciales de la Física: Movimiento Armónico, Ondas y Fenómenos Ondulatorios

Fundamentos de la Oscilación y el Movimiento Armónico

MAS (Movimiento Armónico Simple)

Movimiento oscilatorio y periódico en el que un cuerpo se desplaza con una trayectoria rectilínea al estar sometido a una fuerza central.

Conservación de la Energía en el MAS

En el MAS se conserva la energía mecánica, ya que la fuerza elástica es una fuerza conservativa (el trabajo realizado depende del punto inicial y del final, no de la trayectoria).

Introducción al Movimiento Ondulatorio

Movimiento Ondulatorio

Forma de transmisión de energía sin transporte de materia, mediante la propagación de una onda. Si el origen de la onda es un MAS, se tratará de una onda armónica.

Tipos de Ondas

Ondas Longitudinales vs. Transversales

• Ondas Longitudinales: Ondas en las que la dirección de propagación es paralela a la de vibración de cada partícula (Ejemplo: el sonido).
• Ondas Transversales: Ondas en las que la dirección de propagación es perpendicular a la de vibración de cada partícula (Ejemplos: ondas en una cuerda, rayos X).

Ondas Mecánicas vs. Electromagnéticas

• Ondas Mecánicas: Necesitan un medio material para propagarse.
• Ondas Electromagnéticas: No necesitan un medio material; pueden propagarse en el vacío.

Propiedades y Fenómenos del Sonido

El Sonido y el Intervalo Audible

El sonido es la vibración de algún cuerpo que se propaga en forma de ondas por un medio material. El intervalo audible humano es de 20 a 20.000 Hz. Las ondas fuera de este rango son ultrasónicas e infrasónicas.

Factores de Disminución de la Intensidad Sonora al Alejarse del Foco

La disminución de la intensidad de la onda sonora al alejarnos del foco se debe a dos fenómenos principales:

1. Atenuación: Al alejarnos del foco emisor, el frente de onda está formado por un mayor número de partículas, por lo que la energía de cada una de ellas es menor y vibran con menos energía.
2. Absorción: Parte de la energía es absorbida debido al rozamiento de las partículas con el medio.

Tono y Timbre

• Tono: Permite distinguir sonidos graves de sonidos agudos. Está relacionado con la frecuencia de la onda.
• Timbre: Permite distinguir sonidos de igual intensidad y frecuencia. Está relacionado con la forma de la onda (armónicos).

Interacciones Ondulatorias y Fenómenos de Propagación

Reflexión

Fenómeno que se observa cuando una onda incide sobre una superficie, cambia su dirección de propagación y sigue propagándose en el mismo medio. (El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado están en el mismo plano, y el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión).

Refracción (Ley de Snell)

Desviación que experimenta la dirección de propagación de una onda cuando pasa de un medio a otro en el que la velocidad de propagación es distinta (regida por la Ley de Snell).

Difracción

Cambio de dirección que se produce en una onda cuando atraviesa un orificio o rendija estrecha.

Onda Estacionaria

Onda resultante de la superposición de dos ondas de la misma naturaleza, periodo y amplitud, que se propagan en la misma dirección pero en sentido contrario.