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ONDAS ELECROMAGNETICAS EJERCICIOS Y RESUMEN DE LO QUE FUNCIONA Y SUS CARACTERISICAS
Tipo: Ejercicios
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Martinez Medrano Yonathan Andoni 5°B Ing. Mecatrónica 19312439 Jueves 28 de Enero Del 2021 Física para ingeniería UNIVERSIDAD POLITECNICA DE LA ZONA METROPOLITANA DE GUADALAJARA
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Todos estamos familiarizados de modo intuitivo con la idea de onda; Cuando una vibración o perturbación originada en una fuente o foco se propaga a través del espacio se produce una onda. En particular nos centraremos en las ondas armónicas ideales, que son aquellas en las que la vibración que se transmite es armónica simple en todos sus puntos. Este tipo de perturbación la produce un foco emisor o fuente de forma continua y se transmite a través de un espacio o medio capaz de transmitirla. En una onda se transmite la energía de unas partículas a otras la perturbación alcanza una partícula del medio que comienza a oscilar. Esta transmite su movimiento (energía) a la siguiente y está a la siguiente “se dice que una onda transporta energía sin que exista transporte de masa “ Las ondas materiales (todas menos las electromagnéticas) requieren un medio elástico para propagarse. Cuando una se va en expansión La perturbación se transmite en todas las direcciones por las que se extiende el medio que rodea al foco con una velocidad constante en todas las direcciones, siempre que el medio sea isótropo (de iguales características físico- químicas en todas las direcciones). Consideraremos un cuerpo puntual. Cuando ese cuerpo se mueve en línea recta en torno a una posición de equilibrio se dice que tiene un movimiento vibratorio u oscilatorio. Si además siempre tarda el mismo tiempo en completar una oscilación y la separación máxima de la posición de equilibrio es siempre la misma decimos que se trata de un movimiento vibratorio armónico simple
Elongación: Posición que tiene en cada momento la partícula vibrante respecto de la posición de equilibrio. Amplitud: Máxima distancia de la partícula vibrante respecto de la posición de equilibrio Periodo: Tiempo que tarda la partícula vibrante en realizar una oscilación completa. Frecuencia: Número de vibraciones que se producen en la unidad de tiempo (en un segundo, un minuto, una hora. Velocidad de vibración: Velocidad que lleva la partícula vibrante en cada momento.
El medio elástico se deforma y se recupera vibrando al paso de la onda. cuando se deja caer una piedra en un estanque, las ondas en el agua marchan radialmente en todas las direcciones; al tocar el piano vibran las cuerdas y las ondas sonoras asociadas se extienden por el entorno; cuando una estación de radio o de televisión está emitiendo, las ondas electromagnéticas se mueven por el aire o a través de un cable. Todos estos son ejemplos de movimientos ondulatorios. 1
Hay cierta diferencia en estos tipos de ondas ya que una de las ondas su expansión va en una sola dirección (onda transversal) y la onda longitudinal va en todas las direcciones, este lo podemos asociar a la onda que produce un volcán cuando hace erupción su expansión se esparce por toda dirección.
Recuerdo una ocasión realizando las practicas en la empresa Nestlé Nantli, en la cual sus energías son limpias y por tanto cuidan el medio ambiento, dicho esto es para poner en contexto a la explicación que uno de los ingenieros me comento lo que a continuación voy a explicar, dentro de esta empres tienen compresores de tornillo y en serie, dicha tubería estaban unas maquinas las cuales siempre estaban cuidadas por una cambia llena de ingenieros y es que custodiaban las turbomáquinas las cuales eran un turbocompresor, varias turbinas que alimentaban a toda la empresa y un generador de altas revoluciones para el consumo de energía en la empresa… Cada cierto tiempo tenían que purgar los compresores y las turbinas y en esa ocasión tuve la dicha de ver como lo realizaban, en esa ocasión me dieron una protección alta para mis oídos, eran unos tapones, una diadema, lentes, vendas para los oídos etc.…, me explico el ingeniero que aunque los manómetros no registraron contenido de fluidos dentro de las turbomáquinas estas tendrían una cantidad mínima pero como son turbomáquinas es considerable ese contenido por tanto tuvimos que ponernos a distancia considerable de frente de las maquinas para cuando dieran la señal dentro de la cabina se activara una serie de electroválvulas que abrirían las purgas de estas máquinas y la protección no me sirvió de nada ya que retuvo en todo el hangar, lo curioso es que salió una ola de un humo blanco hacia donde estábamos nosotros, pero salió el humo primero y podría decir que el humo llego primero antes que el sonido y es que el medio de propagación de estos eran iguales, eran medios mecánicos pero las densidades de estas eran diferentes por tanto una llego antes que otra, eso fue lo que me explico el ingeniero a lo cual fue interesante ya que tuve que diseñar un sensor electrónico para detectar un fluido dentro de esas turbomáquinas. 3
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DIFRACCION La difracción se produce cuando una onda llega a una ranura o un obstáculo de tamaño comparable con su longitud de onda. La onda se desvía como si el obstáculo emitiese una onda esférica. Ocurre cuando una onda al topar con el borde de un obstáculo deja de ir en línea recta para rodearlo. CICLO Es una oscilación, o el recorrido desde el nodo que inicia la trayectoria de la cresta hasta el nodo que termina la trayectoria del valle o viceversa. En física un ciclo se refiere a la oscilación completa de un movimiento u onda que ocurre de manera periódica. FASE La fase indica la situación instantánea en el ciclo, de una magnitud que varía, siendo la fracción del periodo que pasa desde el instante que al estado tomado como eferencia. La fase indica la situación instantánea en el ciclo, siendo la fracción del periodo transcurrido desde el instante correspondiente al estado tomado como referencia. CRESTA La posición más alta con respecto a la posición de equilibrio se llama Cresta Es el punto de máxima elongación de la onda; es decir, el punto de la onda más separado de su posición de reposo. OSCILACIÓN Se lleva a cabo cando un punto en vibración ha tomado todos los valores positivos y negativos. Se denomina oscilación a una variación, perturbación o fluctuación en el tiempo de un medio o sistema. VIBRACIÓN Se denomina vibración a la propagación de ondas elásticas produciendo deformaciones y tensiones sobre un medio continuo (o posición de equilibrio). En su forma más sencilla, una vibración se puede considerar como un movimiento repetitivo alrededor de una posición de equilibrio. VALLE La posición más baja con respecto a la posición de equilibrio se llama Valle. Comúnmente es utilizado junto con la cresta de la onda como puntos desde donde medir la longitud de ella (de valle a valle, o de cresta a cresta). AMPLITUD Es la máxima elongación el punto mas alto de un valle o el mas bajo de una cresta respecto a la línea de equilibrio Es la distancia entre el punto más alejado de una onda y el punto de equilibrio o medio. VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN (v) Relación que existe entre un espacio recorrido igual a una longitud de onda y el tiempo empleado en recorrerlo La velocidad de propagación es una medida de la velocidad a la que la onda se propaga en el medio. ELONGACIÓN Es la distancia entre cualquier punto de una onda y la línea de equilibrio La elongación en mecánica es la distancia que, en un instante dado, separa a una partícula o cuerpo sometidos a oscilación de su posición de equilibrio. Nodo (N) Es el punto donde la onda cruza la línea de equilibrio Un nodo es un punto en una onda estacionaria donde la onda tiene una amplitud (física) mínima. 6
Física para Ingeniería Ingeniería Mecatrónica (^) Universidad Politécnica de ZMG ONDA BIDIMENSIONAL O SUPERFICIAL Son ondas que se propagan en dos dimensiones. Pueden propagarse, en cualquiera de las direcciones de una superficie, por ello, se denominan también ondas superficiales. Un ejemplo son las ondas que se producen en una superficie líquida en reposo cuando, por ejemplo, se deja caer una piedra en ella. ONDAS TRIDIMENDIONALES O ESFERICAS Las ondas tridimensionales se conocen también como ondas esféricas, porque sus frentes de ondas son esferas concéntricas que salen de la fuente de perturbación expandiéndose en todas direcciones. El sonido es una onda tridimensional. Son ondas tridimensionales las ondas sonoras (mecánicas) y las ondas electromagnéticas. Ocurre cuando varias ondas que viajan en un medio se superponen formando un cono. ONDA ESTACIONARIA Una onda estacionaria es aquella que permanece fija, sin propagarse a través del medio. La suma de dos ondas que se propagan en sentidos opuestos, con idéntica amplitud y frecuencia, dan lugar a una onda estacionaria. ONDA UNIDIMENSIONAL Las ondas unidimensionales son aquellas que se propagan a lo largo de una sola dimensión del espacio, como las ondas en los muelles o en las cuerdas. Si la onda se propaga en una dirección única, sus frentes de onda son planos y paralelos. REFRACCION ONDA DE CHOQUE Es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. La refracción se origina en el cambio de velocidad que experimenta la onda. Ocurre cuando una onda cambia de dirección al entrar en un nuevo medio en el que viaja a distinta velocidad. Es una onda de presión que viaja más rápido que la velocidad del sonido en el mismo medio por el cual se propaga la onda. REFLEXION Se produce cuando una onda encuentra en su recorrido una superficie contra la cual rebota, después de la reflexión la onda sigue propagándose en el mismo medio y los parámetros permanecen inalterados. Ocurre cuando una onda, al encontrarse con un nuevo medio que no puede atravesar, cambia de dirección. DIFRACCION La difracción se produce cuando una onda llega a una ranura o un obstáculo de tamaño comparable con su longitud de onda. La onda se desvía como si el obstáculo emitiese una onda esférica. Ocurre cuando una onda al topar con el borde de un obstáculo deja de ir en línea recta para rodearlo. INTERFERENCIA Cuando en una región del espacio inciden dos o más ondas, los desplazamientos que producen sobre una partícula del medio se suman algebraicamente. Ocurre cuando dos ondas se combinan al encontrarse en el mismo punto del espacio. FASE La fase indica la situación instantánea en el ciclo, de una magnitud que varía, siendo la fracción del periodo que pasa desde el instante que al estado tomado como eferencia. La fase indica la situación instantánea en el ciclo, siendo la fracción del periodo transcurrido desde el instante correspondiente al estado tomado como referencia. 7
9 Ingeniería Mecatrónica 9 Física para Ingeniería Universidad Politécnica de ZMG Velocidad de propagación de una onda en un solido v = √
ρ p = Densidad E = Energía transmitida v = Propagación de cuerdas Velocidad de propagación de ondas longitudinales en gases v = √ γ ∗ R ∗ T M v = Propagación de cuerdas T = temperatura M = masa molecular del gas R = constante de los gases ideales γ^ = índice adiabático del gas Relación frecuencia angular – frecuencia – periodo de onda ω = 2 ∗ π ∗ f = 2 π T (^) T =¿ periodo, en seg wo = velocidad angular, en rad s f (^) ¿ frecuenciaen s −^1 o Hertz Velocidad de fase v =^ λ T = λ ∗ f
f (^) ¿ frecuenciaen s −^1 o Hertz (^) T =¿ periodo, en seg Numero de onda k = 2 π λ
ω v
ω = velocidad angular v = velocidad propagación Ecuación general de una onda armónica y^ (^ x^ ,^ t^ )=^ A ∗sin^ ( k^ (^ x^ ±^ v ∗ t^ )^ + φ ) y = elongación de una partícula A = amplitud k = número de ondas v = velocidad de fase φ = fase inicial Energía transmitida por una onda E = cte ∗ f 2 ∗ A 2 E = Energía transmitida f (^) ¿ frecuenciaen s −^1 o Hertz A = área del medio Potencia de una onda P =^
t = cte ∗ f 2 ∗ A 2 P = potencia transmitida E = Energía transmitida t = tiempo de propagación f (^) ¿ frecuenciaen s −^1 o Hertz A = área del medio 9 Profesor Raúl Romero Gonzales (Ingeniero Químico) Matricula: 19312439 Grado y Grupo: 5°B
