Introduccion Conceptos

Es de vital importancia conocer conceptos para poder entrar de lleno a hablar y a ver de qué manera podemos incluir estos conceptos en la vida diaria, además de conocer aplicaciones previas en los diferentes espacios industriales del mundo.

Es por esta razón que en este trabajo pretendemos dar a conocer conceptos previamente estudiados, que le permitan al lector reconocer en la vida diaria cuando existe un onda o componentes de ella, además de saber diferenciarla entre las varias ondas existentes.

Esperamos llenar las expectativas del lector y cumplir con el propósito de dar a conocer al lector la gran importancia de la física en la cotidianidad, en este caso física III en lo que a ondas se refiere.

Conceptos Ondas y Periodicidad espacial

ONDA
La onda es una perturbación que ocurre en un medio material (aire, agua, etc.) y esta se propaga al trascurrir del tiempo; es decir es una propagación de la perturbación de alguna propiedad de un medio, estas se difunden a través del espacio trasportando cualquier expresión de energía como sonido, luz etc.
Elementos de una onda:
 Cresta: La cresta es el punto más alto de dicha amplitud o punto máximo de saturación de la onda.
 Período: El periodo es el tiempo que tarda la onda de ir de un punto de máxima amplitud al siguiente.
 Amplitud: La amplitud es la distancia vertical entre una cresta y el punto medio de la onda. Nótese que pueden existir ondas cuya amplitud sea variable, es decir, crezca o decrezca con el paso del tiempo.
 Frecuencia: Número de veces que es repetida dicha vibración en otras palabras es una simple repetición de valores por un período determinado.
 Valle: Es el punto más bajo de una onda.
 Longitud de onda: Distancia que hay entre dos crestas consecutivas.
Tomemos en cuenta que en el caso del movimiento ondulatorio, se denomina periodo, al intervalo de tiempo en que las partículas del medio por el que se propaga la onda, realizan una oscilación completa.

PERIODICIDAD ESPACIAL
Caracteriza la repetición de la configuración de la onda a lo largo de la dirección de propagación, en un momento determinado, Esta periodicidad espacial se puede caracterizar cuantitativamente por la mínima distancia entre dos puntos que oscilan en fase y se denomina longitud de onda (λ).
Para observar la periodicidad espacial, damos un valor fijo al tiempo, t, lo que equivale a tomar una foto del medio en un instante. En ese instante, las elongaciones de dos puntos vibrantes, a distancias x1 y x2 del foco, se diferencian por un desfase espacial F(x) =2p (x2 - x1) / l.

Cuando la separación entre esos dos puntos resulta x2 -x 1 = n•l (n = 0, 1, 2,..) el desfase espacial Fx es un múltiplo entero de 2p, por lo que la elongación de ambos puntos es siempre igual y vibran acompasadamente o en concordancia de fase. Así lo hacen por una parte las partículas rojas y por otra las partículas azules de la figura adjunta. Si esa distancia es x2 - x 1 = (2n+1)•l/2, el desfase espacial entre los puntos es un múltiplo impar de p y vibran en oposición de fase, como lo hacen las partículas rojas con respecto a las partículas azules.

Periodicidad Temporal y Desface

PERIODICIDAD TEMPORAL

Cuando ha transcurrido un tiempo nT desde el momento anterior, la elongación será por tanto la misma que en ese momento anterior. Hay periodicidad temporal, además caracteriza la oscilación de cada uno de los puntos del medio por el que se propaga la onda

En este caso, fijamos un punto del medio, x , lo que equivale a filmar el movimiento de oscilación de ese punto. Su elongación en dos instantes diferentes t₁ y t₂ se diferencia por un desfase temporal, F_t =2p (t₂ - t₁) / T.

Cuando el intervalo de tiempo entre ambos instantes es t₂ - t₁ = n · T (n = 0, 1, 2,..), el desfase temporal F_t es un múltiplo entero de 2p, y el punto tiene en ambos instantes en el mismo estado de vibración, como ocurre con la partícula roja en las instantáneas primera y tercera de la izquierda [tomadas en un cierto instante, t , y un periodo después (t +T)]

El caso opuesto ocurre cuando el intervalo de tiempo entre ambas instantáneas es t₂ - t₁ =(2n+1)T /2. Entonces, el desfase temporal es un múltiplo impar de p y la partícula se encuentra en dos estados de vibración opuestos, como ocurre con la partícula roja al comparar su situación en la figura segunda [correspondiente a una instantánea tomada en el instante (t +T/2) ] con las otras dos.

DESFASE
El desfase entre dos ondas es la diferencia entre sus dos fases. Habitualmente, esta diferencia de fases, se mide en un mismo instante para las dos ondas, pero no siempre en un mismo lugar del espacio.
Se puede medir el desfase como:
• Un ángulo (en radianes o en grados o aún en giros).
• Un tiempo (en segundos o como un múltiplo o una fracción del período).
• Una distancia (en metros o como un múltiplo o una fracción de la longitud de onda).
La noción de desfase no se limita a las ondas sinusoidales. Se puede hablar de desfase de cualquier tipo de onda o fenómeno periódico. En el caso de ondas o fenómenos de período diferente, el desfase puede carecer de interés.

Rapidez de Fase y Onda armonica

RAPIDEZ DE FASE

La velocidad de fase de una onda es la tasa a la cual la fase de la misma se propaga en el espacio. Ésta es la velocidad a la cual la fase de cualquier componente en frecuencia de una onda se propaga (que puede ser diferente para cada frecuencia). Si tomamos una fase en particular de la onda (por ejemplo un máximo), ésta parecerá estar viajando a dicha velocidad. La velocidad de fase está dada en términos de la velocidad angular de la onda ω y delvector de la onda k por la relación: v p = w/k

Hay que tener en cuenta que la velocidad de fase no es necesariamente igual a la velocidad de grupo de una onda, que es la tasa a la cual viaja la energía almacenada en la onda.

ONDA ARMONICA
Es la onda periódica más simple, también llamada Sinusoidal. Se trata de una señal analógica, puesto que existen infinitos valores entre dos puntos cualesquiera del dominio. Así pues, podemos ver en la imagen que la onda describe una curva continua. De hecho, esta onda es la gráfica de la función matemática seno, que posee los siguientes atributos característicos:
• En un triángulo rectángulo, el seno de un ángulo agudo a, que se designa por sen a, es igual a la longitud del cateto opuesto al ángulo dividida por la longitud de la hipotenusa.
• El seno de un ángulo cualquiera se asigna mediante la circunferencia goniometría. Es la ordenada del punto en que el segundo lado del ángulo la corta:
• La función y = sen x describe la variación del seno de ángulos medidos en radianes. Es continua y periódica de periodo 2π (Recuérdese que en radianes, π representa 180°). Se denomina función sinusoidal.
El teorema del seno se aplica a los lados y ángulos de un triángulo cualquiera y relaciona cada dos lados con sus ángulos opuestos: a/senA=b/senB=c/senC

Polarizacion y Onda Plana

POLARIZACIÓN

Una onda es polarizada, si solo puede oscilar en una dirección. La polarización de una onda transversal describe la dirección de la oscilación, en el plano perpendicular a la dirección del viaje. Ondas longitudinales tales como ondas sonoras no exhiben polarización, porque para estas ondas la dirección de oscilación es a lo largo de la dirección de viaje. Una onda puede ser polarizada usando un filtro polarizador.

La palabra polarizada proviene de polos, y alude a que los polos (norte-sur; positivo-negativo; blanco-negro; o como quieras llamar un par de polos) definen una dirección. Luego si la perturbación que produce una onda está siempre en una dirección definida, la onda se llama polarizada.

ONDA PLANA

En física de propagación de la onda (especialmente ondas electromagnéticas), a onda plana (también deletreado planewave) es una onda de la constante-frecuencia que frentes de onda (superficies de la constante fase) son los planos paralelos infinitos de la constante amplitud normal a velocidad de la fase vector.

Por la extensión, el término también se utiliza para describir las ondas que son ondas aproximadamente planas en una región localizada del espacio. Por ejemplo, una fuente localizada tal como antena produce un campo que sea aproximadamente una onda plana en su región del lejos-campo. Equivalente, “irradia” en el límite donde la óptica del rayo es válido (es decir. para la propagación en lengthscales excesivos de un medio homogéneo que la longitud de onda) corresponda mucho más de largo localmente a las ondas planas aproximadas.

Matemáticamente, una onda plana es una solución a ecuación de onda de la forma siguiente:

Donde i es unidad imaginaria, k es vector de la onda, el ω es frecuencia angular, y a es (complejo) amplitud. (La forma antedicha de la onda de plano utiliza a convención del tiempo de la física; en la convención del tiempo de ingeniería, − j se utiliza en vez de + i en el exponente.) la solución física es encontrada generalmente tomando la parte real de esta expresión.

Ésta es la solución para a escalar ecuación de onda en un medio homogéneo. Para vector ecuaciones de onda, tales como las que está que describen radiación electromágnetica o las ondas en un sólido elástico, la solución para un medio homogéneo son similares: multiplicado por una constante vector a. (Por ejemplo, adentro electromagnetismo a está típicamente el vector para campo eléctrico, campo magnético, o potencial del vector.) A onda transversal es uno en el cual el vector de la amplitud está ortogonal a k (e.g. para las ondas electromagnéticas en isotrópico medio), mientras que a onda longitudinal es uno en a el cual el vector de la amplitud es paralelo k (e.g. para las ondas acústicas en un gas o un líquido).