Tema 2 Movimiento Ondulatorio - Colegio Sagrado Corazón de ...

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20.03.2015 Views

Tema 2: Movimiento ondulatorio Física 2º Bachillerato 2. Δ = (2n+1)λ/2 (con n=0, 1, 2, ...) ⎛ k A' = 2Acos⎜ ⎝ 2 ⎛ 2π = 2Acos⎜ ⎝ 2λ ⎛ = 2Acos⎜ ⎝ = 0 ( 2n + 1) ( 2n + 1) ( 2n + 1) λ ⎞ ⎟ = 2 ⎠ λ ⎞ ⎟ 2 ⎠ π ⎞ ⎟ 2 ⎠ En este caso se ha producido una interferencia destructiva extrema y se anulan por completo ambos fenómenos ondulatorios. 3. En los demás casos la amplitud toma valores intermedios entre cero y el doble de la amplitud individual de cada onda. 2.4.5 Ondas estacionarias Como ya se ha visto una onda es una perturbación que se propaga por un medio. A este tipo de ondas se las denomina ondas viajeras. Las ondas estacionarias surgen cuando una onda se refleja e interfiere consigo misma estando confinada en un medio. En estas condiciones las dos ondas que interfieren tienen la misma amplitud, frecuencia y longitud de onda pero diferente sentido de propagación. Ejemplos de ondas estacionarias son las que se forman en las cuerdas de una guitarra, en un muelle, o en una cuerda que oscila y cuyo extremo está fijo a la pared, las ondas de sonido dentro de un tubo, etc. Las ondas estacionarias se pueden formar en un medio con un solo límite (por reflexión) o en medios limitados por los dos extremos (cuerda de guitarra). Además se pueden tener los extremos fijos si no se pueden mover o libres si tienen movilidad. La onda estacionaria se produce por la superposición de la onda incidente y la reflejada, por lo que la perturbación total será la suma de las perturbaciones individuales: ( x,t) y ( x,t) + y ( x,t) = A sen( ωt − kx) + A sen( ωt kx) y + = → ← Aplicando la misma regla trigonométrica que en el apartado anterior se obtiene directamente la ecuación de ondas estacionarias: ( x,t) 2Acos kx sen ωt y = El término (2A cos kx) es independiente del tiempo y representa la máxima elongación en cada punto del espacio, por lo que se puede interpretar como una amplitud (A’). Tema 2-14

Colegio Sagrado Corazón En término A’ se anulará siempre que se anule el coseno, con lo que algunos puntos no oscilarán. Estos puntos se llaman nodos. Cuando el coseno valga +1 o −1 la amplitud será máxima y estos puntos se llaman vientres o antinodos. nodo vientre Figura 2.12. Representación de una onda estacionaria La distancia entre dos nodos consecutivos se puede calcular a partir de las propiedades del coseno. Supóngase que en una posición x 1 existe un nodo; en ese caso: cos( kx1 ) = 0 el siguiente nodo se encuentra en la posición x 2 que también tiene que verificar: cos( kx 2 ) = 0 como son consecutivos se tiene que cumplir que: 2π λ kx x x x 2 2 2 2 = kx 1 + π 2π = x1 + π λ λ = x1 + 2 λ − x1 = 2 de donde se demuestra que la distancia entre dos nodos consecutivos vale la mitad de la longitud de onda. Para vientres consecutivos se puede realizar la misma demostración. Un ejemplo frecuente de onda estacionaria es la producida en una cuerda fijada por ambos extremos como la cuerda de una guitarra. En este caso los extremos son automáticamente nodos porque no pueden oscilar, lo cual establece las longitudes de onda de la onda estacionaria que se forma en dicha cuerda de guitarra. La frecuencia fundamental de la cuerda es la menor frecuencia obtenible, es decir, la de mayor longitud de onda. El primer estado de vibración recibe el nombre de primer armónico, el segundo es el segundo armónico y así sucesivamente tal y como está representado en la figura 2.13. Tema 2-15

<strong>Tema</strong> 2: <strong>Movimiento</strong> ondulatorio<br />

Física 2º Bachillerato<br />

2. Δ = (2n+1)λ/2 (con n=0, 1, 2, ...)<br />

⎛ k<br />

A' = 2Acos⎜<br />

⎝ 2<br />

⎛ 2π<br />

= 2Acos⎜<br />

⎝ 2λ<br />

⎛<br />

= 2Acos⎜<br />

⎝<br />

= 0<br />

( 2n + 1)<br />

( 2n + 1)<br />

( 2n + 1)<br />

λ ⎞<br />

⎟ =<br />

2 ⎠<br />

λ ⎞<br />

⎟<br />

2 ⎠<br />

π ⎞<br />

⎟<br />

2 ⎠<br />

En este caso se ha producido una interferencia <strong>de</strong>structiva extrema y se anulan por<br />

completo ambos fenómenos ondulatorios.<br />

3. En los <strong>de</strong>más casos la amplitud toma valores intermedios entre cero y el doble <strong>de</strong><br />

la amplitud individual <strong>de</strong> cada onda.<br />

2.4.5 Ondas estacionarias<br />

Como ya se ha visto una onda es una perturbación que se propaga por un medio. A<br />

este tipo <strong>de</strong> ondas se las <strong>de</strong>nomina ondas viajeras. Las ondas estacionarias surgen cuando<br />

una onda se refleja e interfiere consigo misma estando confinada en un medio. En estas<br />

condiciones las dos ondas que interfieren tienen la misma amplitud, frecuencia y longitud <strong>de</strong><br />

onda pero diferente sentido <strong>de</strong> propagación. Ejemplos <strong>de</strong> ondas estacionarias son las que se<br />

forman en las cuerdas <strong>de</strong> una guitarra, en un muelle, o en una cuerda que oscila y cuyo<br />

extremo está fijo a la pared, las ondas <strong>de</strong> sonido <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> un tubo, etc. Las ondas<br />

estacionarias se pue<strong>de</strong>n formar en un medio con un solo límite (por reflexión) o en medios<br />

limitados por los dos extremos (cuerda <strong>de</strong> guitarra). A<strong>de</strong>más se pue<strong>de</strong>n tener los extremos fijos<br />

si no se pue<strong>de</strong>n mover o libres si tienen movilidad.<br />

La onda estacionaria se produce por la superposición <strong>de</strong> la onda inci<strong>de</strong>nte y la<br />

reflejada, por lo que la perturbación total será la suma <strong>de</strong> las perturbaciones individuales:<br />

( x,t) y ( x,t) + y ( x,t) = A sen( ωt − kx) + A sen( ωt kx)<br />

y +<br />

= →<br />

←<br />

Aplicando la misma regla trigonométrica que en el apartado anterior se obtiene<br />

directamente la ecuación <strong>de</strong> ondas estacionarias:<br />

( x,t) 2Acos kx sen ωt<br />

y =<br />

El término (2A cos kx) es in<strong>de</strong>pendiente <strong>de</strong>l tiempo y representa la máxima elongación<br />

en cada punto <strong>de</strong>l espacio, por lo que se pue<strong>de</strong> interpretar como una amplitud (A’).<br />

<strong>Tema</strong> 2-14

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