Un fenómeno ondulatorio, o movimiento ondulatorio, es el que realiza una onda al propagarse por un medio o por el vacío. No hay transporte de materia, sino de cantidad de movimiento y energía.Los fenómenos ondulatorios son parte importante del mundo que nos rodea. A través de ondas nos llegan los sonidos, como ondas percibimos la luz; se puede decir que a través de ondas recibimos casi toda la información que poseemos.
A partir del análisis de fenómenos ondulatorios tan sencillos como las olas que se extienden por una charca o las sacudidas que se propagan por una cuerda tensa
* Este es uno de los ejemplos donde podemos observar el comportamiento de las ondas:
Descripción del vídeo:
En este vídeo podemos observar varios experimentos sobre Experimentar con el sonido que se produce al frotar una copa
en su borde donde se produce una vibración longitudinal, en el cual en
diferentes cantidades de agua podemos notar que el sonido es diferente por
ende varia la velocidad de oscilación.
Otro experimento consta con la amplitud de la intensidad de las ondas de sonido donde aprendemos lo siguiente:
* Conocer los diferentes tipos de movimiento ondulatorio
* Entender y saber relacionar las magnitudes propias del movimiento ondulatorio.
y por ultimo esta el experimento donde se crea un péndulo simple que es un objeto que se amarra a un cordón o una cuerda que tiene un movimiento oscilatorio regular. También se dice que 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 aparente.
Péndulo Simple:
El péndulo simple se puede considerar un caso de movimiento
armónico simple (m.a.s.), cuando se cumplen ciertas condiciones que veremos
en este apartado. Aprenderemos:
También puedes:
Concepto de péndulo simple
Un péndulo simple es una masa puntual m suspendida verticalmente
mediante una cuerda o hilo inextensible de masa despreciable y longitud l
Nos interesa conocer si podemos aplicar los conceptos propios del m.a.s. al
estudio del péndulo. Recuerda que una partícula o sistema tiene movimiento
armónico simple (m.a.s) cuando oscila bajo la acción de
fuerzas restauradoras que son proporcionales a la distancia respecto a la posición
de equilibrio.
¿Cómo se comportan los péndulos?
Cuando se separa de la posición de equilibrio la tensión
contrarresta solo a la componente normal del peso, siendo la componente
tangencial del peso la fuerza resultante. Esta fuerza es la responsable de que
aparezca una aceleración ( F = m · a
) que trata de devolver al péndulo a su posición de equilibrio.
P⃗ n+T⃗ = 0 ; Pt=−m⋅g⋅sin(α)
Componentes tangencial y normal de una fuerza
Es posible que no recuerdes con claridad qué es la componente tangencial y
normal de una fuerza, también llamadas componentes intrínsecas. Para definirlas
utilizamos un sistema de referencia intrínseco en cada punto de la
trayectoria, tal y como se puede ver en la figura.
Es importante que Observes que el sistema de referencia se establece para
cada punto de la trayectoria: Uno de los ejes es tangente a
la trayectoria en ese punto. El otro es perpendicular al primero, es
decir, normal a la trayectoria en ese punto.
Una vez establecidos los ejes en cada punto de la
trayectoria podemos descomponer las fuerzas en estos ejes:
- Componente
tangencial: Es la proyección de la fuerza sobre el eje tangente
- Componente
normal: Es la proyección de la fuerza sobre el eje normal
El péndulo simple como oscilador armónico
Un péndulo simple se comporta como un oscilador
armónico cuando oscila con amplitudes pequeñas. La fuerza
restauradora es la componente tangencial del peso, de valor Pt, y la
aceleración del péndulo es proporcional al desplazamiento pero de sentido
contrario, con expresión:
a=−gl⋅x
Donde:
- a: Aceleración del péndulo.
Depende de la distancia a la posición de equilibrio x. Su
unidad de medida en el Sistema Internacional es el metro por
segundo al cuadrado ( m/s2 )
- g: Aceleración de la gravedad.
Su valor es 9.8 m/s2
- l: Longitud del péndulo. Su
unidad de medida en el Sistema Internacional es el metro ( m )
- x: Separación x de
la vertical de equilibrio del péndulo. Su unidad de medida en el Sistema
Internacional es el metro ( m )
Comprobación
Un oscilador armónico no es más que una partícula que se mueve según un
m.a.s. La aceleración que aparece en el péndulo cuando se separa de su posición
de equilibrio hace que el péndulo vibre u oscile en torno a suposición de
equilibrio. Dichas vibraciones siguen el patrón de un movimiento armónico
simple si el ángulo de oscilación es pequeño (no más de 15º o 20º). Esto
implica que:
- sin(α)≅α
- La
longitud de la trayectoria curva s y el desplazamiento x en
el eje horizontal tienden a igualarse
- La aceleración normal es despreciable
- Se
puede considerar que la trayectoria del móvil es horizontal
- La posición
viene dada por la separación x a la vértical de
equilibrio
Con lo anterior nos queda:
Pt=−m⋅g⋅sin(α)≅−m⋅g⋅α=s=l⋅α−m⋅g⋅sl≅−m⋅g⋅xl=m⋅a
Con lo que podemos afirmar que la aceleración es proporcional al
desplazamiento pero de sentido contrario, siendo
a=−gl⋅x
Periodo del péndulo simple
El periodo del péndulo simple, para oscilaciones de poca
amplitud, viene determinado por la longitud del mismo y
la gravedad. No influye la masa del cuerpo que oscila ni la
amplitud de la oscilación.
El periodo del péndulo simple es el tiempo que
tarda el péndulo en volver a pasar por un punto en el mismo sentido. También se
define como el tiempo que tarda en hacerse una oscilación completa. Su valor
viene determinado por:
T=2⋅π⋅lg−−√
Donde:
- T: Periodo del péndulo. Su
unidad de medida en el Sistema Internacional es el segundo ( s )
- l: Longitud del péndulo. Su
unidad de medida en el Sistema Internacional es el metro ( m )
- g: Gravedad. Su unidad de medida
en el Sistema Internacional es el metro por segundo al cuadrado ( m/s2 )
¿Cómo determinar el valor de la gravedad con un péndulo?
La expresión anterior nos permite calcular el periodo conocidas la longitud
del péndulo y el valor de la gravedad. Siguiendo el proceso inverso podemos
determinar el valor de la gravedad. Conocida la longitud l, medimos
el tiempo que tarda el péndulo en realizar una oscilación completa y aplicamos
la siguiente expresión, despejada de la expresión del periodo anterior:
g=(2⋅πT)2⋅l m/s2