PRINCIPALES CONCEPTOS
Oscilaciones y ondas
Introducción
Uno de los cambios que investigan las ciencias naturales es el movimiento mecánico.
El movimiento mecánico está asociado con el cambio de posición de los cuerpos con respecto a otro cuerpo, tomado como referencia. El movimiento de un auto y el de una niña que se columpia son ejemplos de este tipo de movimiento. A pesar de esto, entre ellos existen diferencias. El movimiento de las niñas que se columpian se denomina movimiento oscilatorio.
Movimiento Oscilatorio
Comúnmente utilizamos el vocablo oscilación y no siempre lo empleamos para referirnos a oscilaciones mecánicas: oscilan los precios de los productos en el mercado; también oscila la temperatura ambiente durante un día, en las diferentes estaciones del año. Otro ejemplo de gran impacto, es la referida a la demanda de electricidad en los diferentes horarios y meses del año. En general empleamos la palabra oscilación para referirse a los cambios que se producen, alrededor de un determinado valor, de muy variadas magnitudes.
En particular, en Física se estudian las oscilaciones mecánicas. En este tipo de oscilaciones además de la posición, también oscila la velocidad, la energía cinética y la energía potencial.
Movimiento oscilatorio periódico es aquel en que los valores de la posición del cuerpo o de sus partes varían alrededor de cierto valor y se repiten con iguales intervalos de tiempo.
Oscilación
Se denomina oscilación a una variación, perturbación o fluctuación en el tiempo de un medio o sistema. Si el fenómeno se repite, se habla de oscilación periódica.
Oscilación, en física, química e ingeniería es el movimiento repetido de un lado a otro en torno a una posición central, o posición de equilibrio. El recorrido que consiste en ir desde una posición extrema a la otra y volver a la primera, pasando dos veces por la posición central, se denomina ciclo. El número de ciclos por segundo, o hercios (Hz), se conoce como frecuencia de la oscilación empleada en el movimiento armónico simple.
Una oscilación en un medio material es lo que crea el sonido. Una oscilación en una corriente eléctrica crea una onda electromagnética.
Oscilación sencilla: es el movimiento que realiza un cuerpo al ir de una posición extrema a la otra
Oscilación doble o completa: es el movimiento que realiza un cuerpo al ir de una posición extrema a la otra y luego regresar a la primera.
MAS (movimiento armónico simple)
Es un movimiento vibratorio bajo la acción de una fuerza recuperadora elástica, proporcional al desplazamiento y en ausencia de todo rozamiento. Solemos decir que el sonido de una determinada nota musical se representa gráficamente por la función seno. Ésta representa un movimiento vibratorio llamado movimiento armónico simple, que es aquel que se obtiene cuando los desplazamientos del cuerpo vibrante son directamente proporcionales a las fuerzas causantes de este desplazamiento.
Un ejemplo de este movimiento se puede encontrar a partir del desplazamiento de un punto cualquiera alrededor de toda la longitud de una circunferencia.
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 del Movimiento Armónico Simple
Una partícula describe un Movimiento Armónico Simple (M.A.S.) cuando se mueve a lo largo del eje X, estando su posición x dada en función del tiempo t por la ecuación
x=A·sen(ωt+φ)
donde
-
A es la amplitud.
-
w la frecuencia angular.
-
w t+φ la fase.
-
φ la fase inicial.
Las características de un M.A.S. son:
-
Como los valores máximo y mínimo de la función seno son +1 y -1, el movimiento se realiza en una región del eje X comprendida entre -A y +A.
-
La función seno es periódica y se repite cada 2π, por tanto, el movimiento se repite cuando el argumento de la función seno se incrementa en 2π, es decir, cuando transcurre un tiempo P tal que w(t+P)+φ=w t+ φ+2π .
P=2π/ω
Conociendo la posición inicial x0 y la velocidad inicial v0 en el instante t=0.
X0=A·senφ
V0=Aw·cosφ
se determinan la amplitud A y la fase inicial φ
La energía total E, es la suma de la energía cinética Ek y de la energía potencial Ep que es constante.
Péndulo simple
Definición: es llamado así porque consta de un cuerpo de masa m, suspendido de un hilo largo de longitud l, que cumple las condiciones siguientes:
-
el hilo es inextensible
-
su masa es despreciable comparada con la masa del cuerpo
-
el ángulo de desplazamiento que llamaremos 0 debe ser pequeño
Como funciona: con un hilo inextensible su masa es despreciada comparada con la masa del cuerpo el ángulo de desplazamiento debe ser pequeño.
Hay ciertos sistemas que, si bien no son estrictamente sistemas sometidos a una fuerza tipo Hooke, si pueden, bajo ciertas condiciones, considerarse como tales. El péndulo simple, es decir, el movimiento de un grave atado a una cuerda y sometido a un campo gravitatorio constante, es uno de ellos.
Período de un Péndulo
Período: Se define como el tiempo que se demora en realizar una oscilación completa. Para determinar el período se utiliza la siguiente expresión T/ N° de Osc. ( tiempo empleado dividido por el número de oscilaciones).
1) El periodo de un péndulo es independiente de su amplitud. Esto significa que si se tienen 2 péndulos iguales (longitud y masa), pero uno de ellos tiene una amplitud de recorrido mayor que el otro, en ambas condiciones la medida del periodo de estos péndulos es el mismo.
2) El periodo de un péndulo es directamente proporcional a la raíz cuadrada de su longitud. Esto significa que el periodo de un péndulo puede aumentar o disminuir de acuerdo a la raíz cuadrada de la longitud de ese péndulo.
Onda
En física, una onda (del latín unda) consiste en la propagación de una perturbación de alguna propiedad del espacio, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético, implicando un transporte de energía sin transporte de materia. El espacio perturbado puede contener materia (aire, agua, etc) o no (vacío).
