Acustica, Optica " Reflexion y Refraccion luz", Optica "Espejos"

ONDAS SONORAS

Las ondas sonoras son ondas mecánicas longitudinales que se pueden propagar en los sólidos  líquidos y gases.

Las variaciones de presión, humedad o temperatura del medio, producen el desplazamiento de las moléculas que lo forman. Cada molécula transmite la vibración a la de su vecina, provocando un movimiento ondulatorio en cadena.

La presión de las partículas que transportan la onda se produce en la misma dirección de propagación del sonido de la onda, siendo por tanto éstas un tipo de ondas longitudinales.

Las ondas sonoras se desplazan también en tres dimensiones y sus frentes de onda son esferas concéntricas que salen desde el foco de la perturbación en todas las direcciones. Por esto son ondas esféricas o tridimensionales.

SONIDO

El sonido es una sensación, en el órgano del oído, producida por el movimiento ondulatorio en un medio elástico (normalmente el aire), debido a rapidísimos cambios de presión, generados por el movimiento vibratorio de un cuerpo sonoro.

• La función del medio transmisor es fundamental, ya que el sonido no se propaga en el vacío. Por ello, para que exista el sonido, es necesaria una fuente de vibración mecánica y también un medio elástico (sólido, líquido o gaseoso) a través del cual se propague la perturbación. El aire es el medio transmisor más común del sonido. La velocidad de propagación del sonido en el aire es de aproximadamente 343 metros por segundo a una temperatura de 20 ºC (293 Kelvin).

Magnitudes físicas del Sonido

·         Longitud de onda: indica el tamaño de una onda. Entendiendo por tamaño de la onda, la distancia entre el principio y el final de una onda completa (ciclo).

·         Frecuencia: número de ciclos (ondas completas) que se producen unidad de tiempo. En el caso del sonido la unidad de tiempo es el segundo y la frecuencia se mide en Hercios (ciclos/s).

·         Periodo: es el tiempo que tarda cada ciclo en repetirse.

·         Amplitud: indica la cantidad de energía que contiene una señal sonora. No hay que confundir amplitud con volumen o potencia acústica.

·         Fase: la fase de una onda expresa su posición relativa con respecto a otra onda.

·         Potencia: La potencia acústica es la cantidad de energía radiada en forma de ondas por unidad de tiempo por una fuente determinada. La potencia acústica depende de la amplitud.

EFECTO DOPPLER 

 Llamado así por Christian Andreas Doppler, consiste en la variación de la longitud de onda de cualquier tipo de onda emitida o recibida por un objeto en movimiento. Doppler propuso este efecto en 1842

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) no es insignificante respecto a la velocidad del sonido al nivel del mar (unos 1.235 km/h), por eso se aprecia 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.

Ejemplo Claro de lo que significa un efecto Doppler

La ingeniería acústica es una disciplina especializada en el control y desarrollo de los procesos emisión, transmisión y recepción de ondas sonoras a través de diferentes medios físicos, además de estudiar la naturaleza del sonido propiamente tal. Cada día esta especialidad toma más protagonismo debido al notorio aumento de la contaminación acústica, provocada principalmente por las actividades industriales, el tráfico vehicular urbano y el tráfico aéreo, comprometiendo estas actividades, la calidad acústica de las viviendas y lugares de trabajos, que a su vez comprometen la salud de las personas (un exceso de ruido es perjudicial para la salud humana).

La acústica se aplica:

• En la arquitectura: en los casos de estadios y orquestas acústicas se necesita que se retenga lo más posible el sonido por lo cual se necesita un estudio de propagación y retención de sonido.
• En la vida cotidiana: En los casos de electrodomésticos se intenta hacer que sean lo menos ruidosos posibles (por ejemplo los televisores pantalla de plasma los cuales no se escucha el cañón de electrones al encenderse)
• Sistemas de alerta: a lo contrario de los electrodomésticos, todos aquellos artefactos que son sirenas de ambulancias y/o policías (DELCO) se intentan que sean lo más ruidoso y que capte la atención de la gente en el mismo instante que suene por lo cual (antes de su fabricación) tienen que pasar una prueba donde se apruebe que el sonido que este mismo produce es lo suficientemente fuerte para llegar a grandes distancias después de haber perdido intensidad con otros sonidos del medio (te sugiero que leas permutación o combinación de ondas. es una de las propiedades del sonido).

OPTICA Reflexion- Refracción

Reflexión y refracción

• Cuando una onda alcanza la superficie de separación de dos medios de distinta naturaleza se producen, en general, dos nuevas ondas, una que retrocede hacia el medio de partida y otra que atraviesa la superficie límite y se propaga en el segundo medio. El primer fenómeno se denomina reflexión y el segundo recibe el nombre de refracción.
• El fenómeno de la refracción supone un cambio en la velocidad de propagación de la onda, cambio asociado al paso de un medio a otro de diferente naturaleza o de diferentes propiedades. Este cambio de velocidad da lugar a un cambio en la dirección del movimiento ondulatorio. Como consecuencia, la onda refractada sé desvía un cierto ángulo respecto de la incidente.
• 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, cambia de un punto a otro. La propagación del sonido en el aire sufre refracciones, dado que su temperatura no es uniforme.

La reflexión de la luz

• Al igual que la reflexión de las ondas sonoras, la reflexión luminosa es un fenómeno en virtud del cual la luz al incidir sobre la superficie de los cuerpos cambia de dirección, invirtiéndose el sentido de su propagación. En cierto modo se podría comparar con el rebote que sufre una bola de billar cuando es lanzada contra una de las bandas de la mesa.
• La visión de los objetos se lleva a cabo precisamente gracias al fenómeno de la reflexión. Un objeto cualquiera, a menos que no sea una fuente en sí mismo, permanecerá invisible en tanto no sea iluminado. Los rayos luminosos que provienen de la fuente se reflejan en la superficie del objeto y revelan al observador los detalles de su forma y su tamaño.
• De acuerdo con las características de la superficie reflectora, la reflexión luminosa puede ser regular o difusa. La reflexión regular tiene lugar cuando la superficie es perfectamente lisa. Un espejo o una lámina metálica pulimentada reflejan ordenadamente un haz de rayos conservando la forma del haz. La reflexión difusa se da sobre los cuerpos de superficies más o menos rugosas.

La refracción de la luz

• Se denomina refracción luminosa al cambio que experimenta la dirección de propagación de la luz cuando atraviesa oblicuamente la superficie de separación de dos medios transparentes de distinta naturaleza. Las lentes, las máquinas fotográficas, el ojo humano y, en general, la mayor parte de los instrumentos ópticos basan su funcionamiento en este fenómeno óptico.
• El fenómeno de la refracción va, en general, acompañado de una reflexión, más o menos débil, producida en la superficie que limita los dos medios transparentes. El haz, al llegar a esa superficie límite, en parte se refleja y en parte se refracta, lo cual implica que los haces reflejado y refractado tendrán menos intensidad luminosa que el rayo incidente. Dicho reparto de intensidad se produce en una proporción que depende de las características de los medios en contacto y del ángulo de incidencia respecto de la superficie límite. A pesar de esta circunstancia, es posible fijar la atención únicamente en el fenómeno de la refracción para analizar sus características.

                                                                           Video que puede ampliar nuestro conocimiento en  lo que significa las leyes de la reflexion y refraccion 

Aplicaciones de la Luz

• La refraccion de la luz se aplica en el Refractometro de Abbe, que permite conocer el indice de refraccion de una sustancia. Y si uno hace muchas diluciones a distintas concentraciones de una misma sustancia y mide sus indices de refraccion en el refractometro, despues graficando indice de refraccion en funcion de concentracion, puedo averiguar por intrapolacion la concentracion incognita de una muestra con solo medir su indice de refraccion.

OPTICA- ESPEJOS-LENTES

•   Espejos curvos Se refiere a los espejos esféricos, que pueden ser tanto: Cóncavos . Si la curvatura del espejo es “hacia dentro”, desde el punto de vista del observador. Convexos . Si la curvatura es hacia fuera.
•        Formación de imágenes en espejos cóncavos. Donde las líneas de color lila, son los rayos de luz, que provienen del objeto, y los de color verde son las prolongaciones de los rayos de luz.
•  Formación de imágenes en espejos convexo. Donde las líneas de color lila, son los rayos de luz, que provienen del objeto, y los de color verde son las prolongaciones de los rayos de luz.
•    Lentes Los lentes son cuerpos transparentes limitados al menos por una superficie curva. Según sea la forma de las superficies que la limitan, las lentes pueden ser convergentes y divergentes. Lentes Convergentes Lentes Divergentes
• 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).
•   Lentes Divergentes. Si las lentes son más gruesas por los bordes que por el centro, hacen divergir (separan) los rayos de luz que pasan por ellas, por lo que se conocen como lentes divergentes.

Video Relaciona con el Tema de espejos

Aplicaciones de Optica- Espejos

• Han creado un nuevo espejo de alto rendimiento que podría mejorar espectacularmente el diseño y la eficiencia de la próxima generación de dispositivos que dependen de la óptica láser, incluyendo reproductores de DVD de alta definición, circuitos avanzados de ordenador, e impresoras láser.

• Enfermedades Ópticas. Miopía: En un ojo que sufre miopía, el globo ocular es un poco mas alargado hacia atrás, generando imágenes delante de la retina. Una persona miope ve mejor los objetos cercanos. Los objetos lejanos los ve muy desenfocados y borrosos.

• Optica de Frontera: investiga fenómenos relacionados con radiación luminosa de alta potencia, la rápida detección y transmisión de información generada con luz, nuevos materiales ópticos, fuentes de radiación y detección luminosa, como ejemplo véase las figuras 7a y 7b. Temas relacionados: coherencia, óptica cuántica, fibras fotónicas, óptica no lineal, etc. Las aplicaciones derivadas de estos estudios se reflejan en la aparición de nuevos tipos de láseres o bien en el perfeccionamiento de los ya existentes. Estas investigaciones también permiten el empleo de nuevos materiales para aplicaciones diversas como en las comunicaciones y sensores ópticos. La comprensión de nuevos fenómenos en este campo son empleados para mejorar la solución de algunos problemas ya existentes y para solucionar algunos otros que habían sido considerados con anterioridad.