Fundamentos de Ondas, Sonido y Electromagnetismo: Principios Clave

Fenómenos Ondulatorios y Sonido

Principio de Huygens

Las ondas avanzan de tal forma que cada punto de un frente de ondas se convierte en un foco emisor de una onda secundaria con las mismas características que la onda original. La envolvente de estas ondas secundarias constituye el nuevo frente de ondas.

Reflexión de Ondas

La reflexión ocurre cuando una onda choca con la superficie que separa dos medios distintos y retrocede, avanzando por el mismo medio original.

Leyes de la Reflexión

• El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal (la línea perpendicular a la superficie en el punto de incidencia) están en el mismo plano.
• El ángulo que forma el rayo incidente con la normal (ángulo de incidencia) es igual al que forma el rayo reflejado con ella (ángulo de reflexión).

Refracción de Ondas

La refracción sucede cuando una onda llega a la superficie que separa dos medios distintos y avanza por el segundo medio. En cada uno de ellos se moverá con velocidad distinta, por lo que cambiará la dirección en la que se propaga.

Leyes de la Refracción (Ley de Snell)

• El rayo incidente, el rayo refractado y la normal están en el mismo plano.
• La relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es constante e igual a la relación entre las velocidades de propagación en los dos medios (o inversamente proporcional a la relación entre los índices de refracción). Cuando el rayo incidente se propaga a mayor velocidad que el refractado (medio menos denso a más denso ópticamente), el ángulo de incidencia es mayor al de refracción (el rayo se acerca a la normal).

Características del Sonido

Intensidad

Es la cualidad del sonido que permite identificarlo como fuerte o débil. Está relacionada directamente con la amplitud de la onda sonora: los sonidos fuertes se corresponden con amplitudes altas y los débiles con amplitudes bajas. Se mide en decibelios (dB).

Tono

Es la cualidad que permite distinguir sonidos agudos de graves. Está relacionada directamente con la frecuencia de la onda sonora: los sonidos agudos corresponden a frecuencias altas y los graves a frecuencias bajas. Se mide en Hercios (Hz).

Timbre

Es la cualidad que permite distinguir sonidos de la misma frecuencia (tono) y la misma amplitud (intensidad) producidos por instrumentos o fuentes diferentes (por ejemplo, una misma nota tocada por un violín o una flauta). Está relacionado con la forma de la onda sonora (la combinación de armónicos) emitida.

Electromagnetismo: Fuerzas y Campos

Ley de Lorentz

Cuando una partícula cargada (carga q) penetra con una velocidad v en una región del espacio donde existe un campo magnético B, se ve sometida a una fuerza magnética F_b dada por la expresión:

F_b = q (v × B)

Esta fuerza F_b es siempre perpendicular tanto a la velocidad v como al campo magnético B.

Definición de Amperio (A)

El Amperio es la unidad de intensidad de corriente eléctrica en el Sistema Internacional. Se define como la intensidad de corriente eléctrica constante que, al circular por dos conductores rectilíneos, paralelos, de longitud infinita y sección despreciable, situados a una distancia de 1 metro el uno del otro en el vacío, ejerce entre ellos una fuerza de 2 × 10^-7 Newtons por cada metro de conductor.

Campo Eléctrico: Principio de Superposición

El campo eléctrico creado por una distribución de cargas puntuales en un punto del espacio es la suma vectorial de los campos eléctricos que crearía cada una de esas cargas individualmente en dicho punto si solo estuviese ella presente en esa región del espacio. Esto se conoce como el principio de superposición para campos eléctricos.

Ley de Coulomb

Dos cuerpos cargados eléctricamente se atraen o se repelen con una fuerza (Fuerza de Coulomb) que es directamente proporcional al producto de sus cargas (q₁ y q₂) e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia (r) que los separa. Matemáticamente:

F = k * (|q₁ * q₂|) / r²

Donde k es la constante de Coulomb.