PRIMER PERIODO

Eventos Ondulatorios.

CONCEPTO DE ONDA

Una onda es una perturbación que se propaga. Las ondas materiales (todas menos las electromagnéticas) requieren un medio elástico para propagarse. El medio elástico se deforma y recupera vibrando al paso de la onda.
La perturbación comunica una agitación a la primera partícula del medio en que impacta (este es el foco de las ondas) y en esa partícula se inicia la onda. La perturbación se transmite en todas las direcciones por las que se extiende el medio con una velocidad constante (siempre que el medio sea isótropo).

Una onda transporta energía pero no transporta materia: las partículas vibran alrededor de la posición de equilibrio pero no viajan con la perturbación.

Veamos algún ejemplo:

La onda que transmite un látigo lleva una energía que se descarga en su punta al golpear. Las partículas del látigo vibran, pero no se desplazan con la onda.

Un corcho en la superficie del agua vibra verticalmente al paso de las olas pero no se traslada horizontalmente, eso indica que las partículas de agua vibran pero no se trasladan.

Movimiento Armónico Simple.

Elongación: separación de la pocicion de equilibrio se mide en cm o en metros.

Oscilación: movimiento de lado a lado de la posición de equilibrio.

Amplitud: la máxima separación de la posición de equilibrio (elongación máxima).

Periodo: es el tiempo que tarda en el ir y volver.

características: en un movimiento armónico simple la aceleración del sistema es proporcional al desplazamiento o a la elongación.

formula de movimiento armónico simple.

T=2∏√m/k.

El movimiento armónico simple (se abrevia m.a.s.) es un movimiento periódico que queda descrito en función del tiempo por una función armónica (seno o coseno). Si la descripción de un movimiento requiriese más de una función armónica, en general sería un movimiento armónico, pero no un m.a.s..

En el caso de que la trayectoria sea rectilínea, la partícula que realiza un m.a.s. oscila alejándose y acercándose de un punto, situado en el centro de su trayectoria, de tal manera que su posición en función del tiempo con respecto a ese punto es una sinusoide. En este movimiento, la fuerza que actúa sobre la partícula es proporcional a su desplazamiento respecto a dicho punto y dirigida hacia éste.

Las fuerzas involucradas en un movimiento armónico simple son centrales y, por tanto, conservativas. En consecuencia, se puede definir un campo escalarllamado energía potencial (Ep) asociado a la fuerza. Para hallar la expresión de la energía potencial, basta con integrar la expresión de la fuerza (esto es extensible a todas las fuerzas conservativas) y cambiarla de signo, obteniéndose:

(15)

La energía potencial alcanza su máximo en los extremos de la trayectoria y tiene valor nulo (cero) en el punto x = 0, es decir el punto de equilibrio.

La energía cinética cambiará a lo largo de las oscilaciones pues lo hace la velocidad:

(16)

La energía cinética es nula en -A o +A (v=0) y el valor máximo se alcanza en el punto de equilibrio (máxima velocidad Aω).

(17)

Como sólo actúan fuerzas conservativas, la energía mecánica (suma de la energía cinética y potencial) permanece constante.

(18)

Finalmente, al ser la energía mecánica constante, puede calcularse fácilmente considerando los casos en los que la velocidad de la partícula es nula y por lo tanto la energía potencial es máxima, es decir, en los puntos x = − A y x = A. Se obtiene entonces que,

(19)

O también cuando la velocidad de la partícula es máxima y la energía potencial nula, en el punto de equilibrio x = 0

(20)

Energía del movimiento armónico simple frente a la elongación.

MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME.

En física, el movimiento circular uniforme describe el movimiento de un cuerpo atravesando, con rapidez constante, una trayectoria circular.

Aunque la rapidez del objeto es constante, su velocidad no lo es: La velocidad, una magnitud vectorial, tangente a la trayectoria, en cada instante cambia de dirección. Esta circunstancia implica la existencia de una aceleración que, si bien en este caso no varía al módulo de la velocidad, sí varía su dirección.

Período Y Frecuencia

El periodo

representa el tiempo necesario para que el móvil complete una vuelta completa y viene dado por:

La frecuencia

mide el número de revoluciones o vueltas completadas por el móvil en la unidad de tiempo y viene dada por:

Obviamente, la frecuencia la inversa del período:

http://www.youtube.com/watch?v=BJdO9EpoG4Q

CINEMATICA DEL (M.A.S)
Por ejemplo, es el caso de un cuerpo colgado de un muelle oscilando arriba y abajo (tal como puede verse en la figura. El objeto oscila alrededor de la posición de equilibrio cuando se le separa de ella y se le deja en libertad. En este caso el cuerpo sube y baja.

Es también, por ejemplo, el movimiento que realiza cada uno de los puntos de la cuerda de una guitarra cuando esta entra en vibración; pero, pongamos atención, no es el movimiento de la cuerda, sino el movimiento individual de cada uno de los puntos que podemos definir en la cuerda. El movimiento de la cuerda, un movimiento ondulatorio, es el resultado del movimiento global y simultáneo de todos los puntos de la cuerda.

Para deducir las ecuaciones que rigen este movimiento (unidimensional) podemos ayudarnos de un movimiento auxiliar, bidimensional, un movimiento circular uniforme (m.c.u.). Cuando tenemos un punto que da vueltas uniformemente alrededor de una circunferencia, la proyección sobre un eje (una sola dimensión) de ese punto describe un m.a.s., lo que nos va a permitir deducirnos sus ecuaciones a partir del movimiento circular (un movimiento auxiliar, bidimensional, que no es armónico simple).

Elementos:
1. Oscilación o vibración: es el movimiento realizado desde cualquier posición hasta regresar de nuevo a
ella pasando por las posiciones intermedias.
2. Elongación: es el desplazamiento de la partícula que oscila desde la posición de equilibrio hasta
cualquier posición en un instante dado.
3. Amplitud: es la máxima elongación, es decir, el desplazamiento máximo a partir de la posición de
equilibrio.
4. Periodo: es el tiempo requerido para realizar una oscilación o vibración completa. Se designa con la
letra “t”.
5. Frecuencia: es el número de oscilación o vibración realizadas en la unidad de tiempo.
6. Posición de equilibrio: es la posición en la cual no actúa ninguna fuerza neta sobre la partícula
oscilante.

ECUACIONES:

ECUACION DE POSICION: X=A.coswt
Y=A.senwt

ECUACION DE VELOCIDAD: Vx=-wA.senwt
Vy=WA.coswt

ECUACION DE ACELERACION: ax=W2A.coswt
ay=-W2A.senwt

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<img src=" El movimiento es sinusoidal en tiempo y da solo una frecuencia de resonancia:

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Péndulo simple

El péndulo simple o matemático es un sistema idealizado constituido por una partícula de masa m que está suspendida de un punto fijo O mediante un hilo inextensible y sin peso. Naturalmente es imposible la realización práctica de un péndulo simple, pero si es accesible a la teoría.El péndulo simple o matemático se denomina así en contraposición a los péndulos reales, compuestos o físicos, únicos que pueden construirse.

FENOMENOS ONDULATORIOS

Los procesos en los cuales intervienen ondas dan lugar a una serie de fenómenos especiales, dada la naturaleza particular de las ondas, que son de interesante estudio, y que explican muchas de las asombrosas propiedades que tiene tanto la luz como el sonido. En el caso de la luz podemos explicar en qué consisten los fenómenos de reflexión y refracción y qué leyes gobiernan estos fenómenos. También habrá que dedicar un apartado al fenómeno físico que se produce cuando se superponen dos o más ondas: la interferencia, y por último, tratar algunos temas someramente para un conocimiento cualitativo por parte del lector, como son los temas sobre la difracción y la polarización de las ondas.

REFLEXION

Es el cambio de direccion que experimenta la onda cuando choca con un obstaculo. cuando las ondas se producen en el plano, se puede observar que las ondas se reflejan teniendo en cuenta que la medida del angulo de incidencia es igual a la medida del angulo de reflexion.Se pueden presentar los siguientes casos:
A. Reflexion de una onda plana en una superficie plana
B. Reflexion de una onda plana en una superficie concava.
C. Reflexion de una onda plana en una superficie convexsa.
D. Reflexion de una onda esferica en una superficie plana.
E. Reflexion de una onda concava .
F. Reflexion de una onda convexsa.

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REFRACCIÓN

La refracción se presenta con cierta frecuencia debido a que los medios no son perfectamente homogéneos, sino que sus propiedades y, por lo tanto, la velocidad de propagación de las ondas en ellos, cambian de un punto a otro. La propagación del sonido en el aire sufre refracciones, dado que su temperatura no es uniforme. En un día soleado las capas de aire próximas a la superficie terrestre están más calientes que las altas y la velocidad del sonido, que aumenta con la temperatura, es mayor en las capas bajas que en las altas. Ello da lugar a que el sonido, como consecuencia de la refracción, se desvía hacia arriba. En esta situación la comunicación entre dos personas suficientemente separadas se vería dificultada. El fenómeno contrario ocurre durante las noches, ya que la Tierra se enfría más rápidamente que el aire.

DIFRACCIÓN

La difracción es un fenómeno característico de las ondas, éste se basa en el curvado y esparcido de las ondas cuando encuentran un obstáculo o al atravesar una rendija. La difracción ocurre en todo tipo de ondas, desde ondas sonoras, ondas en la superficie de un fluido y ondas electromagnéticas como la luz y las ondas de radio. También sucede cuando un grupo de ondas de tamaño finito se propaga; por ejemplo, por causa de la difracción, un haz angosto de ondas de luz de un láser deben finalmente divergir en un rayo más amplio a una cierta distancia del emisor.

REFRALo que enten

SEGUNDO PERIODO

Sonido

Lo que entendemos por sonido es fruto de una compleja interacción entre un objeto vibrante, un medio transmisor (frecuentemente el aire), el oído, y el cerebro. Para que la vibración sea audible para un ser humano, este objeto debe oscilar aproximadamente entre 20 y 20.000 veces por segundo. Al oscilar, el objeto desplaza el aire que lo rodea, comprimiendo y descomprimiendo periódicamente las moléculas que lo integran, y modificando por consiguiente la presión del aire de forma periódica. Dado que las moléculas desplazadas van empujando a la contiguas, la variación periódica de la presión se propaga originando lo que recibe el nombre de ondas sonoras. Cuando las ondas llegan al oído, el cerebro interpreta estas variaciones de presión como sonido. Si la presión del aire que circunda el oído se mantiene constante, no oímos nada, u "oímos el silencio".

La ondas sonoras se propagan en el espacio, formando invisibles esferas centradas en el objeto que oscila. Conforme aumenta la distancia al origen y el radio de estas ondas, aumenta también el volumen y la masa de aire que éstas deben desplazar, por lo que las oscilaciones se hacen cada vez más débiles (la presión del aire varía cada vez menos, aunque siga haciéndolo con la misma frecuencia) hasta que, a una cierta distancia, se tornan imperceptibles.

Este principio es válido independientemente del objeto oscilador, que puede ser por ejemplo una cuerda (guitarras, violines, pianos, cuerdas vocales, etc.), una columna de aire semicerrada y excitada por una caña o una boquilla (saxofones, flautas, trompetas, órganos, etc.), una pieza de madera, metal, piel, piedra, etc. golpeada (percusiones), o un cono de papel (altavoces). En muchos casos, los objetos que entran en vibración son en realidad varios, como es el caso de la guitarra (o de la voz) donde lo que oímos es la suma de las vibraciones de las cuerdas y de la caja.

Asimismo, cuando estas ondas encuentran un obstáculo, parte de las moléculas que las componen son absorbidas por el material, mientras que las restantes son reflejadas. Este fenómeno origina que en la mayoría de los casos, lo que nos llega al oído sea una suma del sonido directo combinado con múltiples reflexiones de este sonido, ligeramente retardadas.

LAS CUALIDADES DEL SONIDO

Un aspecto importante que debemos conocer para sensibilizar nuestros oídos a la escucha activa es la identificación de las cualidades sonoras.

Podemos distinguir cuatro cualidades:

La altura o tono. Está determinado por la frecuencia de la onda. Medimos esta característica en ciclos por segundos o Hercios (Hz). Para que podamos percibir los humanos un sonido, éste debe estar comprendido en la franja de 20 y 20.000 Hz. Por debajo tenemos los infrasonidos y por encima los ultrasonidos.

La intensidad. Nos permite distinguir si el sonido es fuerte o débil. Está determinado por la cantidad de energía de la onda. Los sonidos que percibimos deben superar el umbral auditivo (0 dB) y no llegar al umbral de dolor (140 dB). Esta cualidad la medimos con el sonómetro y los resultados se expresan en decibeles (dB).

La duración. Esta cualidad está relacionada con el tiempo de vibración del objeto. Por ejemplo, podemos escuchar sonidos largos, cortos, muy cortos, etc..

El timbre. Es la cualidad que permite distinguir la fuente sonora. Cada material vibra de una forma diferente provocando ondas sonoras complejas que lo identifican. Por ejemplo, no suena lo mismo un clarinete que un piano aunque interpreten la misma melodía.

Propagación del sonido

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La velocidad de propagación de la onda sonora (velocidad del sonido) depende de las características

del medio en el que se transmite dicha propagación; presión, temperatura, densidad, humedad, entre
otros.

En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los líquidos mayor
que en los gases:

La velocidad del sonido en el aire (a una temperatura de 20º) es de 343 m/s.
Existe una ecuación creada por Newton y posteriormente modificada por Laplace que permite

obtener

la velocidad del sonido en el aire teniendo en cuenta la variable de la temperatura..
En el agua(a 35 °C) es de 1.493 m/s (a 22 °C) es de 1.498 m/s.
En la madera es de 3.700 m/s.
En el hormigón es de 4.000 m/s.
En el acero es de 6.100 m/s.
En el aluminio es de 6.300 m/s

Tubos sonoros

Se llaman tubos sonoros aquellos que contienen una columna gaseosa (columna de aire) capaz de producir
sonido al ser convenientemente excitada. El cuerpo sonoro es la columna gaseosa, y no el tubo que la contiene;
en efecto, éste tiene la importante función de definir la forma de aquella pero fuera de esto, influye relativamente poco
sobre los fenómenos sonoros. Los tubos sonoros pueden ser cerrados, es decir, que poseen una sola abertura y
tubos abiertos, que poseen dos o más.

Vibración de la columna de aire contenida en un tubo

Las columnas de aire contenidas en los tubos sonoros se comportan, desde ciertos puntos de vista,
como cuerdas musicales, por lo tanto las columnas de aire vibrantes poseen nodos, o sea puntos donde
la vibración es nula, y vientres, equidistantes de los anteriores, donde la vibración alcanza su máxima amplitud.

La vibración de las columnas de aire es longitudinal; los nodos serán por tanto, puntos de condensación y
los vientres puntos de dilatación o rarefacción; en los extremos cerrados siempre se producen nodos y en los
extremos abiertos generalmente se producen vientres. El punto de excitación no puede ser un nodo, pero no
necesita ser un vientre, pudiendo estar en un punto intermedio. No es necesario que las aberturas de un tubo
coincidan con los extremos, pudiendo éstos estar cerrados y haber una o más aberturas en otras partes del tubo
(la gaita).

Una columna de aire puede vibrar con toda su longitud o dividida en segmentos iguales lo mismo que las cuerdas;
en el primer caso se obtiene el sonido llamado fundamental, y en los otros los armónicos: segundo, si la columna
vibra dividida en mitades; tercero, si vibra en tercios, etc.

Tomando como punto de partida el que en los extremos de un tubo abierto, sólo pueden haber vientres de vibración,
el tubo producirá su fundamental cuando vibre con un nodo único en su centro. Cuando el tubo produce su
segundo armónico, producirá dos nodos y tres vientres; cuando produce su tercer amónico, producirá tres nodos y
4 vientres, y así sucesivamente.

En los Tubos Cerrados, la onda se forma con un nodo en el extremo cerrado y un vientre en el extremo abierto.

A igualdad de longitud de tubo, el tubo abierto produce un sonido de frecuencia doble que el cerrado.
Los tubos abiertos emiten la serie completa de armónicos correspondientes a su longitud, mientras que los
cerrados, emiten sólo los armónicos de orden impar. Como tubo cerrado está la Flauta Travesera y como tubos
abiertos todos los demás: Clarinetes*, Oboes, Fagotes, Saxofones, Trompetas, Trompas, etc.

Clasificación de los tubos sonoros

Los tubos sonoros se pueden clasificar de las siguientes formas:

Según el modo de excitación de la columna de aire
Según la obtención de la escala
Según su forma interior

1.- Según el modo de excitación de la columna de aire pueden ser: tubos de embocadura, tubos de lengüeta y
tubos de lengüeta labial o membranácea.

Tubos de embocadura son tubos sonoros que poseen una abertura convenientemente dispuesta llamada
embocadura, uno de cuyos bordes es biselado. Contra este borde incide una corriente de aire que se divide
en dos ramas; la rama que penetra en el tubo origina pequeñas vibraciones que a su vez excitan por resonancia la
columna aérea contenida en el tubo. Estos se pueden dividir en:

Tubos de embocadura directa. Los tubos de embocadura directa son aquellos en que la corriente de aire
es dirigida sobre la embocadura directamente por los labios del ejecutante. La siguiente figura muestra una
embocadura de flauta travesera que es el prototipo de los instrumentos de embocadura directa.

Tubos de embocadura indirecta son aquellos donde la corriente de aire, producida mecánicamente o por el
ejecutante, pasa por un tubo llamado portaviento antes de incidir sobre el bisel de la embocadura.
Las siguientes figuras representa la parte superior de una flauta de pico y a un tubo de órgano, el órgano
tiene varias clases de tubos, siendo uno de ellos “tubos de bisel”.

La forma de los tubos de embocadura es muy variada: los hay cónicos, cilíndricos, prismáticos y de tipos
intermedios. Se construyen siempre rectos, aunque no hay ningún inconveniente teórico que impida doblarlos.
Pueden ser abiertos o cerrados.

Tubos de lengüeta están formados por pequeñas laminillas elásticas, generalmente de metal o de madera (caña)
que sujetas a un soporte de manera conveniente, vibran al paso de una corriente aérea, produciendo sonido; se las
clasifica según su mayor o menor libertad de movimiento en dos tipos diferentes: libres y batientes.

Tubos de lengüetas libres aquellas que vibran libremente a uno y otro lado del plano que determinan cuando

están en reposo; esto se obtiene con un soporte cuyos únicos puntos de contacto con la lengüeta son aquellos en
que ésta se halla fijada a aquel. Las lengüetas libres son siempre de metal; se utilizan en el armonio, el acordeón,
la armónica y otros aerófonos libres.

Tubos de lengüetas batientes aquellas que baten contra el soporte al cual están sujetas. En estas las

vibraciones

se hallan restringidas por la presencia del soporte, cosa que no ocurre con las lengüetas libres.

Las lengüetas batientes se dividen a su vez en simples y dobles, según el tipo de soporte que utilizan.
- Tubos de lengüetas batientes simples, llamadas corrientemente lengüetas simples (cañas), son

aquellas que se colocan sobre los bordes de una abertura contra los cuales baten.Son utilizadas por los clarinetes, saxofones y por los juegos de lengüeta del órgano, siendo de metal
en este instrumento y de madera (caña) en los primeros.

- Tubos de lengüetas batientes dobles, llamadas corrientemente lengüetas dobles, son aquellas que

utilizan como soporte otra lengüeta contra la cual baten, batiendo ésta a su vez contra la primera.
Las lengüetas batientes dobles se construyen siempre de madera (caña) siendo utilizadas por los oboes y

fagotes. También utilizan lengüetas dobles algunos instrumentos como la gaita (la gaita presenta la particularidad
de utilizar simultáneamente lengüetas simples y dobles).

La frecuencia de los sonidos que produce una lengüeta batiente aislada, varía enormemente con la presión

del aire que la excita; esto se observa fácilmente soplando a través de una lengüeta de oboe sin asociarla al tubo

del instrumento. En cambio, la frecuencia de los sonidos que producen las lengüetas libres no depende de la
presión del aire que las excita, variando sólo su intensidad.

Tubos de lengüeta labial o membranácea. Los principales son trompas, trompetas, trombones y tuba, en

este tipo de instrumentos los labios del ejecutante actúan del mismo modo que una lengüeta batiente doble,

por lo cual se dice que forman una lengüeta doble membranácea.
En estos instrumentos la boquilla es muy diferente a la los instrumentos de lengüeta y de embocadura, pues

se la construye con el objeto de ser adosada a los labios del ejecutante en lugar de ser introducida entre ellos.

2.- Según la obtención de las escalas. Si se ordenaran según su frecuencia los parciales que pueden obtenerse
con un tubo sonoro, la escala sería, en el mejor de los casos, igual a la serie de armónicos de la fundamental
del tubo.
Es evidente que los recursos musicales de un instrumento de esta clase, cuya escala estuviera formada por los
parciales de una sola columna aérea, serían muy reducidos. Ahora bien, con la excepción del órgano que posee
un tubo sonoro para cada sonido, los instrumentos de viento poseen un tubo sonoro único, debiendo recurrirse
por esta razón a diversos artificios para variar la longitud de la columna aérea que contienen, y obtener así un
número suficiente de columnas aéreas para formar su escala con las fundamentales y los parciales de dichas
columnas.

Los procedimientos seguidos para obtener columnas aéreas de diferente longitud sobre un mismo tubo sonoro
pueden reducirse a dos:

Perforar sobre sus paredes orificios de tamaño y posición convenientes que permitan variar la longitud acústica
del tubo, determinando la longitud de la columna aérea en el momento en que se destapa o cierra un orificio dado.
(Tubos con orificios: instrumentos de viento madera, etc.)

Estos orificios se controlan mediante los dedos o mediante llaves; éstas son palancas o sistemas de palancas
que permiten controlar aquellos orificios cuyo diámetro excede al ancho de la yema de los dedos o cuya situación
sobre el tubo no permite un control directo. La siguiente figura representa una llave cualquiera; la almohadilla
destinada a cubrir el orificio controlado por la llave, que se halla sobre la cara interna de ésta, se llama “zapatilla”.

No es indiferente el diámetro de los orificios que se perforan sobre un tubo sonoro; para una misma longitud acústica,
un orificio de diámetro grande producirá un sonido de frecuencia algo mayor (más agudo) que uno de diámetro más
pequeño.

En ciertos instrumentos como el fagot, los orificios exteriores no indican la posición real del orificio sobre la
pared interna del instrumento, pues se perforan oblicuamente para agruparlos mejor bajo el control de la mano.

Los instrumentos que utilizan este sistema de orificios forman su escala variando la longitud acústica de sus
tubos; cada columna aérea produce su fundamental y un corto número de parciales que se obtienen varia
mediante un portavoz (llaves de octava), pequeño orificio situado cerca del extremo superior de estos tubos,
que actúa sobre las columnas de aire como un dedo apoyado ligeramente sobre una cuerda vibrante, es decir,
favoreciendo la producción de los parciales de dichas columnas. Algunos instrumentos utilizan dos portavoces
(saxofón).

Variar su longitud real mediante porciones de tubo que se conectan al tubo principal obteniéndose así las columnas
aéreas deseadas (Tubos de longitud variable: instrumentos de viento metal, etc.). Se utilizan tres procedimientos:

La Vara (Trombón de varas): Consiste en cortar el tubo del instrumento y adaptar a sus extremos un tubo en

forma de “U”, cuyas ramas enchufan telescópicamente sobre las ramas del tubo fijo. Mediante la vara, la longitud del

tubo puede ser variada continuamente, permitiendo obtener diferentes sonidos.

Los Pistones (Trompetas, Trombón de pistones, etc.): Generalmente cuando la longitud es variada mediante

pistones, uno de éstos, que se considera el primero, produce una serie de parciales situados un tono más bajo
que la serie original; otro, considerado segundo, produce un descenso de un semitono y un tercero, produce un

descenso

de tono y medio. Los pistones pueden utilizarse simultáneamente para lograr descensos mayores. Algunos

instrumentos poseen pistones que provocan descensos mayores de un tono y medio (cuarto y quinto pistón)

Las Válvulas Rotatorias (Trompas, Tubas, etc.): Todo lo que he dicho respecto de los pistones puede aplicarse

igualmente a las válvulas rotatorias

3.- Según su forma interior, que puede o no coincidir con la exterior pueden ser: cónicos, cilíndricos y prismáticos.

Los tubos prismáticos se utilizan solamente en ciertos registros de órgano y en algunos instrumentos primitivos,
los demás instrumentos poseen tubos cilíndricos (flauta travesera,....) cónicos (saxofón, fagot.....) o de tipos intermedios
(clarinete, oboe, trompeta.....)

El efecto Doppler, llamado así por el austríaco Christian Andreas Doppler, es el aparente cambio de frecuencia
de una onda producido por el movimiento relativo de la fuente respecto a su observador. Doppler propuso este
efecto en 1842 en su tratado Über das farbige Licht der Doppelsterne und einige andere Gestirne des Himmels
(Sobre el color de la luz en estrellas binarias y otros astros).

El científico neerlandés Christoph Hendrik Diederik Buys Ballot investigó esta hipótesis en 1845 para el
caso de ondas sonoras y confirmó que el tono de un sonido emitido por una fuente que se aproxima al
observador es más agudo que si la fuente se aleja. Hippolyte Fizeau descubrió independientemente el mismo
fenómeno en el caso de ondas electromagnéticas en 1848. En Francia este efecto se conoce como
"efecto Doppler-Fizeau" y en los Países Bajos como el "efecto Doppler-Gestirne".

En el caso del espectro visible de la radiación electromagnética, si el objeto se aleja, su luz se desplaza a
longitudes de onda más largas, desplazándose hacia el rojo. Si el objeto se acerca, su luz presenta una
longitud de onda más corta, desplazándose hacia el azul. Esta desviación hacia el rojo o el azul es muy leve incluso para
velocidades elevadas, como las velocidades relativas entre estrellas o entre galaxias, y el ojo humano no puede
captarlo, solamente medirlo indirectamente utilizando instrumentos de precisión como espectrómetros. Si el
objeto emisor se moviera a fracciones significativas de la velocidad de la luz, sí sería apreciable de forma
directa la variación de longitud de onda.

Sin embargo hay ejemplos cotidianos de efecto Doppler en los que la velocidad a la que se mueve el objeto
que emite las ondas es comparable a la velocidad de propagación de esas ondas. La velocidad de una
ambulancia (50 km/h) puede parecer insignificante respecto a la velocidad del sonido al nivel 8, sin embargo se trata de
aproximadamente un 4% de la velocidad del sonido, fracción suficientemente grande como para provocar que
se aprecie claramente el cambio del sonido de la sirena desde un tono más agudo a uno más grave, justo
en el momento en que el vehículo pasa al lado del observador.

TERCER PERIODO

LUZ

Se llama luz (del latín lux, lucis) a la parte de la radiación electromagnética que puede ser percibida por el
ojo humano. En física, el término luz se usa en un sentido más amplio e incluye todo el campo de la radiación conocido como espectro
electromagnético, mientras que la expresión luz visible señala específicamente la radiación en el espectro visible.

La óptica es la rama de la física que estudia el comportamiento de la luz, sus características y sus
manifestaciones.

El estudio de la luz revela una serie de características y efectos al interactuar con la materia, que permiten
desarrollar algunas teorías sobre su naturaleza.

Reflexión de la luz

Cuando un rayo de luz que se propaga a través de un medio homogéneo encuentra en su camino
una superficie bien pulida, se refleja en ella siguiendo una serie de leyes. Este fenómeno es
conocido como reflexión regular o especular.

Se llama plano de incidencia al plano formado por el rayo incidente y la normal (es decir, la línea
perpendicular a la superficie del medio) en el punto de incidencia (Ver applet). El ángulo de
incidencia es el ángulo entre el rayo incidente y la normal. El ángulo de reflexión es el que se
forma entre el rayo reflejado y la misma normal.

En la siguiente escena¹, arrastra el botón rojo y relaciona el ángulo de incidencia, el ángulo
de reflexión y la línea normal. Utiliza esta escena para enunciar la ley de la reflexión.

Refracción

La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a
otro. Solo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si estos tienen
índices de refracción distintos.
La refracción se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda.

Un ejemplo de este fenómeno se ve cuando se sumerge un lápiz en un vaso con agua: el lápiz
parece quebrado.
También se produce refracción cuando la luz atraviesa capas de aire a distinta temperatura,
e la que depende el índice de refracción. Los espejismos son producidos por un caso extremo de refracción, denominado
reflexión total.
Aunque el fenómeno de la refracción se observa frecuentemente en ondas electromagnéticas
como la luz, el concepto es aplicable a cualquier tipo de onda.

Espejos

Los espejos planos son los que los usamos para mirarnos a nosotros mismos. Cuando vemos un
espejo plano, estamos viendo un reflejo, que no está distorsionado en su tamaño. Pero la imagen formada
cambia de sentido izquierdo - derecho. Ese es el porque de que si usted tiene algo en el brazo derecho,
aparece en el espejo como si lo tuviera en el brazo izquierdo. Como la imagen es recta, debe ser virtual.

Los espejos curvos trabajan de la misma manera que los lentes. La diferencia es que el espejo
cóncavo trabaja como si fuera un lente convexo y un espejo convexo trabaja como si fuera un lente cóncavo.
Esto significa que el espejo cóncavo es un espejo convergente. así que los rayos de luz saldrán del mismo
lado del espejo. Aparte, un espejo convexo se divergirán y tendrá un foco virtual localizado en el punto F en
el otro lado del espejo. El centro de curvatura de un espejo está localizado en 2F.

Uno de los problemas que tiene un espejo de forma esférica es que los rayos de luz no enfocarán
directamente en F. Así que la imagen es un poco borrosa. Para corregir esto, estos espejos tienen una
forma parabólica, la cual tiene la propiedad de hacer que los rayos de luz caigan directamente en F.

En resumen, hay varios tipos de espejos:

Espejos planos: es toda superficie pulimentada destinada a dar imágenes por repleción.

Espejos angulares, no fue mencionado antes, lo constituyen dos espejos planos formando un ángulo entre
sí, obteniéndose varias imágenes por reflexiones sucesivas.

Espejos esféricos: son aquellos donde la superficie reflectora es un casquete esférico, es decir, su superficie
es parte de una esfera.

Espejos convexos: son aquellos que presentan una convexidad hacia el espacio de donde proviene la luz
incidente.

Lentes “correctores”

Si una lente hace converger los rayos luminosos que la atraviesan, se tratará de una lente convergente,
si por el contrario no los concentra en un punto sino que los hace diverger, entonces se tratará de una lente
divergente.

Por convenio, las lentes convergentes también se las llama positivas y las lentes divergentes, negativas, de
ahí que cuando se expresa la potencia de una lente en dioptrías, se anteponga delante un signo "+" o "-" según
el caso.

Puesto que la desviación de los rayos luminosos provoca un cambio en el tamaño de la imagen
percibida, haciéndose mayor para las lentes convergentes o positivas y menor para las divergentes o
negativas, a las personas que usan gafas de graduación elevada se les ven los ojos más grandes si son
hipermétropes (usan lentes convergentes), o más pequeños sin son miopes (usan lentes divergentes).

Para la presbicia, se tiene que utilizar dos gafas, como mencionamos anteriormente, cuando describíamos
tal defecto, un lente convergente para leer o ver objetos próximos y un lente divergente para ver de lejos.

Para el astigmatismo, se utilizan lentes cilíndricos.

Aparatos e instrumentos ópticos:

La lupa: instrumento óptico constituido por una lente convergente biconvexa de pequeña distancia focal
que se utiliza para observar pequeños detalles en los objetos.

Imagen producida

por una lupa con una

lente convergente.

A' A F 2F

2F F

Microscopio compuesto: instrumento óptico que consta de dos lentes convergentes, que nos permite
ver imágenes aumentadas de objetos sumamente pequeños. Los lentes reciben el nombre de ocular y objetivo.

Espejos y lentes:

Lentes:

Para entender los lentes, debemos primero definir algunos términos

Algunas Definiciones

El punto focal es la localización en la que los rayos paralelos al eje óptico de un espejo ideal
converge en un punto.
El lente focal es la distancia entre el punto focal y la mitad de la lente. Será representado por F.
También se mencionará 2F. 2F se refiere simplemente a dos veces la distancia focal.
La distancia desde el centro de la lente hacia el objeto será representada por do
La distancia desde el centro de la lente a la imagen será representada por di.
Una Imagen Real es una imagen óptica en la que los rayos que vienen del objeto convergen.
Es invertida o "flipped" de arriba a abajo.
Una imagen virtual es el punto desde el cual los rayos de luz parecen converger sin hacerlo
realmente. Es recto (en la misma dirección del objeto).
Un lente cóncavo es una lente más delgada en el centro que en los bordes y es divergente.
Un lente convexo es una lente más ancha en el centro que en los bordes y es convergente.

Los lentes están en cualquier parte de este mundo. Son usados para anteojos, en telescopios, en
máquinas fotocopiadoras, etc. Es entonces importante para nosotros entender los principios básicos
de los lentes. Hay dos tipos de lentes, convergentes y divergentes. Los lentes convexos son
convergentes, y los lentes cóncavos son divergentes. Tener en cuenta que los rayos de luz golpean
la lente, ellos se curvarán hacia la parte más ancha . Esta es la razón por la que los lentes convexos
son convergentes. Como los rayos de luz golpean la lente, ellos curvan hacia el centre, que es la parte
más ancha, y los rayos de luz cruzarán entre ellos.

Lente convergente

Lente divergente

Las lentes son medios transparentes limitados por dos superficies, siendo curva al menos una de ellas.

Tipos de lentes convergentes

Las lentes convergentes son más gruesas por el centro que por el borde, y concentran (hacen converger) en un punto los rayos de luz que las atraviesan. A este punto se le llama foco (F) y la separación entre él y la lente se conoce como distancia focal (f).

Observa que la lente 2 tiene menor distancia focal que la 1. Decimos,
entonces, que la lente 2 tiene mayor potencia que la 1.

La potencia de una lente es la inversa de su distancia focal y se
mide en dioptrías si la distancia focal la medimos en metros.

Las lentes convergentes se utilizan en muchos instrumentos ópticos y también para la corrección de la
hipermetropía. Las personas hipermétropes no ven bien de cerca y tienen que alejarse los objetos. Una
posible causa de la hipermetropía es el achatamiento anteroposterior del ojo que supone que las imágenes se
formarían con nitidez por detrás de la retina.

Si las lentes son más gruesas por los bordes que por el centro, hacen diverger (separan) los rayos de luz que
pasan por ellas, por lo que se conocen como lentes divergentes.

TIPOS DE LENTES DVERGENTES

Si miramos por una lente divergente da la sensación de que los rayos
proceden del punto F. A éste punto se le llama foco virtual.
En las lentes divergentes la distancia focal se considera negativa.

La miopía puede deberse a una deformación del ojo consistente en un alargamiento anteroposterior que
hace que las imágenes se formen con nitidez antes de alcanzar la retina. Los miopes no ven bien de lejos y
tienden a acercarse demasiado a los objetos. Las lentes divergentes sirven para corregir este defecto.

Formación de imágenes:

Si tomas una lente convergente (seguro que las tienes en el laboratorio de tu Centro) y la mueves acercándola
y alejándola de un folio blanco que sostienes con la otra mano, comprobarás que para una cierta distancia se
forma una imagen invertida y más pequeña de los objetos que se encuentran alejados de la lente. Cuando es
posible proyectar la imagen formada decimos que se trata de una imagen real, y si no la podemos proyectar
la denominamos imagen virtual.

Las lentes convergentes, para objetos alejados, forman
imágenes reales, invertidas y de menor tamaño que los
objetos

En cambio, si miras un objeto cercano a través de la lente, observarás que se forma una imagen
derecha y de mayor tamaño que el objeto.

Para objetos próximos forman imágenes virtuales, derechas
y de mayor tamaño.

Intenta hacer lo mismo con una lente divergente y observarás que no es posible obtener una
imagen proyectada sobre el papel y que al mirar a su través se ve una imagen derecha y de
menor tamaño que los objetos.

Las imágenes producidas por las lentes divergentes son
virtuales, derechas y menores que los objetos

CAMPO ELECTRICO

El campo eléctrico es un campo físico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica.¹ Matemáticamente se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor $q$ sufre los efectos de una fuerza eléctrica $\vec F$ dada por la siguiente ecuación:

(1) $\vec F = q \vec E$

En los modelos relativistas actuales, el campo eléctrico se incorpora, junto con el campo magnético, en campo tensorialcuadridimensional, denominado campo electromagnético F^μν.²

Los campos eléctricos pueden tener su origen tanto en cargas eléctricas como en campos magnéticos variables. Las primeras descripciones de los fenómenos eléctricos, como la ley de Coulomb, sólo tenían en cuenta las cargas eléctricas, pero las investigaciones de Michael Faraday y los estudios posteriores de James Clerk Maxwell permitieron establecer las leyes completas en las que también se tiene en cuenta la variación del campo magnético.

Esta definición general indica que el campo no es directamente medible, sino que lo que es observable es su efecto sobre alguna carga colocada en su seno. La idea de campo eléctrico fue propuesta por Faraday al demostrar el principio de inducción electromagnética en el año 1832.

DEFINICIÓN MEDIANTE LA LEY DE COULOMB

Partiendo de la ley de Coulomb que expresa que la fuerza entre dos cargas en reposo relativo depende del cuadrado de la distancia, matemáticamente es igual a:¹

$\bold{F}_{12} = \frac{1}{4 \pi \epsilon_0} \frac{q_1 q_2}{r^2_{12}} \hat{\bold{r}}_{12}$

Donde:

$\scriptstyle \epsilon_0$ es la permitividad eléctrica del vacío tiene que ver con el sistema internacional,

$q_1,\ q_2$ son las cargas que interactúan,

$r = \|\bold{r}_{12}\|$ es la distancia entre ambas cargas,

$\bold{r}_{12}$ , es el vector de posición relativa de la carga 2 respecto a la carga 1.

y $\hat r$ es el unitario en la dirección $\vec r$ . Nótese que en la fórmula se está usando $\epsilon_0$ , esta es la permitividad en el vacío. Para calcular la interacción en otro medio es necesario cambiar la permitividad de dicho medio. ( $\epsilon = \epsilon_r . \epsilon_0$ )

La ley anterior presuponía que la posición de una partícula en un instante dado, hace que su campo eléctrico afecte en el mismo instante a cualquier otra carga. Ese tipo de interacciónes en las que el efecto sobre el resto de partículas parece dependender sólo de la posición de la partícula causante sin importar la distancia entre las partículas se denomina en física acción a distancia. Si bien la noción de acción a distancia fue aceptada inicialmente por el propio Newton, experimentos más cuidados a lo largo del siglo XIX llevaron a desechar dicha noción como no-realista. En ese contexto se pensó que el campo eléctrico no sólo era un artificio matemático sino un ente físico que se propaga a una velocidad finita (la velocidad de la luz) hasta afectar a otras partículas. Esa idea conllevaba modificar la ley de Coulomb de acuerdo con los requerimientos de la teoría de la relatividad y dotar de entidad física al campo eléctrico.¹ Así, el campo eléctrico es una distorsión electromagnética que sufre el espacio debido a la presencia de una carga. Considerando esto se puede obtener una expresión del campo eléctrico cuando este sólo depende de la distancia entre las cargas:

$\bold{E} = \frac{1}{4 \pi \epsilon_0} \frac{q}{r^2} \hat{\bold{r}}$

Donde claramente se tiene que $\scriptstyle \bold{F} = q \bold{E}$ , la que es una de las definiciones más conocidas acerca del campo eléctrico.

File:Campo Electrico Distribucion Lineal.PNG

CUARTO PERIODO

LEY DE OHM

La Ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es una de las leyes fundamentales de la electrodinámica, estrechamente vinculada a los valores de las unidades básicas presentes en cualquier circuito eléctrico como son:

Tensión o voltaje "E", en volt (V).
Intensidad de la corriente " I ", en ampere (A).
Resistencia "R" en ohm () de la carga o consumidor conectado al circuito.


Circuito eléctrico cerrado compuesto por una pila de 1,5 volt, una resistencia o carga eléctrica "R" y la.circulación de una intensidad o flujo de corriente eléctrica " I " suministrado por la propia pila.

Debido a la existencia de materiales que dificultan más que otros el paso de la corriente eléctrica a través de los mismos, cuando el valor de su resistencia varía, el valor de la intensidad de corriente en ampere también varía de forma inversamente proporcional. Es decir, a medida que la resistencia aumenta la corriente disminuye y, viceversa, cuando la resistencia al paso de la corriente disminuye la corriente aumenta, siempre que para ambos casos el valor de la tensión o voltaje se mantenga constante.

Por otro lado y de acuerdo con la propia Ley, el valor de la tensión o voltaje es directamente proporcional a la intensidad de la corriente; por tanto, si el voltaje aumenta o disminuye, el amperaje de la corriente que circula por el circuito aumentará o disminuirá en la misma proporción, siempre y cuando el valor de la resistencia conectada al circuito se mantenga constante.

CIRCUITO EN SERIE

Un circuito en serie es una configuración de conexión en la que los bornes o terminales de los dispositivos los cuales estan unidos para un solo circuito (generadores, resistencias,condensadores, interruptores, entre otros.) se conectan secuencialmente. La terminal de salida del dispositivo uno se conecta a la terminal de entrada del dispositivo siguiente.

Siguiendo un símil hidráulico, dos depósitos de agua se conectarán en serie si la salida del primero se conecta a la entrada del segundo. Una batería eléctrica suele estar formada por variaspilas eléctricas conectadas en serie, para alcanzar así el voltaje que se precise.

En función de los dispositivos conectados en serie, el valor total o equivalente se obtiene con las siguientes expresiones:

Para Generadores

${V_{T}} = {V_1} + {V_2} + ... + {V_n}\,$

${I_{T}} = {I_1} = {I_2} = ... = {I_n}\,$

Para Resistencias

${R_{T}} = {R_1} + {R_2} + ... + {R_n}\,$

Para Condensadores

${1 \over C_{T}} = {1 \over C_1} + {1 \over C_2} + ... + {1 \over C_n}\,$

Para Interruptores

Interruptor A	Interruptor B	Interruptor C	Salida
Abierto	Abierto	Abierto	Abierto
Abierto	Abierto	Cerrado	Abierto
Abierto	Cerrado	Abierto	Abierto
Abierto	Cerrado	Cerrado	Abierto
Cerrado	Abierto	Abierto	Abierto
Cerrado	Abierto	Cerrado	Abierto
Cerrado	Cerrado	Abierto	Abierto
Cerrado	Cerrado	Cerrado	Cerrado

Otra configuración posible, para la disposición de componentes eléctricos, es el circuito en paralelo. En el cual, los valores equivalentes se calculan de forma inversa al circuito en serie.

Es importante conocer que para realizar la suma de las magnitudes, solo en corriente alterna, debe ser sumado en forma fasorial (vectorial), para ser sumado en forma de módulo cada rama debe tener a lo más un elemento.

CIRCUITO PARALELO

el circuito en paralelo a diferencia del circuito en serie es que este si tiene dos puntos por donde puede pasar la corriente o energía, también lo podemos ver en la vida cotidiana en nuestra casa las conecciones entre los bombillos es de circuito paralelo si se funde un bombillo no se apaga el reto ya que la energía coge por el otro camino.

El circuito eléctrico en paralelo es una conexión donde los puertos de entrada de todos los dispositivos (generadores, resistencias, condensadores, etc.) conectados coincidan entre sí, lo mismo que sus terminales de salida.

Siguiendo un símil hidráulico, dos tinacos de agua conectados en paralelo tendrán una entrada común que alimentará simultáneamente a ambos, así como una salida común que drenará a ambos a la vez. Las bombillas de iluminación de una casa forman un circuito en paralelo, gastando así menos energía.

En función de los dispositivos conectados en paralelo, el valor total o equivalente se obtiene con las siguientes expresiones

Para generadores

${V_{T}} = {V_1} = {V_2} = ... = {V_n}\,$

${I_{T}} = {I_1} + {I_2} + ... + {I_n}\,$

Para Resistencias

${1 \over R_{T}} = {1 \over R_1} + {1 \over R_2} + ... + {1 \over R_n}\,$

Para Condensadores

${C_{T}} = {C_1} + {C_2} + ... + {C_n}\,$

Para Interruptores

Interruptor A	Interruptor B	Interruptor C	Salida
Abierto	Abierto	Abierto	Abierto
Abierto	Abierto	Cerrado	Cerrado
Abierto	Cerrado	Abierto	Cerrado
Abierto	Cerrado	Cerrado	Cerrado
Cerrado	Abierto	Abierto	Cerrado
Cerrado	Abierto	Cerrado	Cerrado
Cerrado	Cerrado	Abierto	Cerrado
Cerrado	Cerrado	Cerrado	Cerrado

CONTADOR DIGITAL

En electrónica es bastante frecuente verse necesitado de contabilizar eventos y por tanto se requiere utilizar un contador, en nuestro caso se tratará de un contador electrónico digital. Un contador electrónico básicamente consta de una entrada de impulsos que se encarga de conformar (escuadrar), de manera que el conteo de los mismos no sea alterado por señales no deseadas, las cuales pueden falsear el resultado final. Estos impulsos son acumulados en un contador propiamente dicho cuyo resultado, se presenta mediante un visor que puede estar constituido por una serie de sencillos dígitos de siete segmentos o en su caso mediante una sofisticada pantalla de plasma.

Empezaremos por considerar un circuito de entrada que nos permita tomar la señal motivo del conteo, para lo cual hemos de pensar en la forma de tomar la señal a medir.Para que el mencionado circuito sea lo más universal posible:

Entrada de alta impedancia (Z). El circuito no debería absorber demasiada señal para no inducir errores.
Dicha señal, la deberemos escuadrar de forma segura.

Anteriormente vimos cómo detectar y escuadrar los impulsos que posteriormente se han de contar. Ahora, trataremos el que es el corazón del contador propiamente dicho, es decir, la parte del circuito que se encarga de contar, almacenar y acumular cada pulso al siguiente de la cuenta anterior y si es el caso cambiar de decada.
El circuito básico que se use, dependerá de la tecnología disponible, esto lo podemos apreciar mejor en la tabla siguiente:

FAMILIA	TIPO	Relación V/C
TTL	74LS192	+ velocidad + consumo
CMOS	CD4510B	- velocidad - consumo
HCTLS	74HCTLS192	+ velocidad - consumo

Atendiendo a que la velocidad es muy importante y en cualquier momento se puede requerir esta capacidad, nos centraremos en la opción de la serie 74HCTLS192 o en su defecto por la 74LS192 ya que se trata del mismo dispositivo, lo único que cambia es el consumo, la tensión de trabajo y poco más.
El dispositivo 74HCTLS192, constituye un contador asíncrono reversible con entrada paralela, preparado para efectuar el conteo decimal en código binario BCD.
Para cargar las salidas a un determinado estado, se aplican los datos a las entradas Da, Db, Dc y Dd y se aplica el nivel bajo L a la patilla 11 ' load', esta operación de carga es independiente del reloj y del estado del contador.
En la figura 1, se muestra la disposición de las patillas como se puede ver.

Como se desprende del circuito para incrementar el número de dígitos, tan solo habrá que añadir tantos contadores como dígitos se deseen y conectarlos en serie, prescindiendo de las subsiguientes puertas de los nuevos contadores y conectando todas las patillas de carga al mismo pulsador de igual forma que las patillas de PAC.

Por otra parte se encuentran los convertidores de BCD a 7 segmentos, compuesto por un dispositivo de la serie CMOS por ser el más tipico al igual que por ser compatible con los HCT.

Fisica

viernes, 31 de agosto de 2012

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martes, 14 de agosto de 2012

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