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lunes, 29 de agosto de 2016

FENÓMENOS ONDULATORIOS: INTERFERENCIA Y DIFRACCIÓN





EXPLICACIÓN

En física la interferencia es cuando dos ondas se superponen para formar una onda resultante de mayor amplitud, así:
1. Cuando dos onda vibran en fase la amplitud observada es mas grande que la amplitud de cada onda individual conocida como interferencia constructiva. 




2. Cuando dos ondas vibran en oposición de contra-fase y la amplitud observada es mas pequeña que cada onda individual conocida como ínter-fase destructiva.



DIFRACCIÓN

En física, la difracción es un fenómeno característico de las ondas que se basa en la desviación de estas al encontrar un obstáculo o al atravesar una rendija.
La difracción puede ser entendida a nivel fenomenológico usando el principio de Huygens, según el cual un frente de onda se puede visualizar como una sucesión de emisores puntuales, que remiten la onda al oscilar, en respuesta a ella y contribuyen así a su propagación. Aunque cada oscilador individual genera una onda esférica, la interferencia de todas ellas da lugar a una onda plana que viaja en la misma dirección que la onda inicial.


VÍDEO PRINCIPIO DE HUYGENS 




Fenómenos Ondulatorios en la cubeta de ondas


El principio de Huygens es un método de análisis aplicado a los problemas de propagación de ondas. Puede enunciarse así:
Todo punto de un frente de onda inicial puede considerarse como una fuente de ondas esféricas secundarias que se extienden en todas las direcciones con la misma velocidad, frecuencia y longitud de onda que el frente de onda del que proceden.
Esta visión de la propagación de las ondas ayuda a entender mejor los fenómenos de difracción, reflexión y la refracción de las ondas.
Por ejemplo, si dos cuartos están conectados por una puerta abierta y se produce un sonido en una esquina lejana de uno de ellos, una persona en el otro cuarto oirá el sonido como si se originará en el umbral. Por lo que se refiere al segundo cuarto, el aire que vibra en el umbral es la fuente del sonido.
Lo mismo ocurre para la luz al pasar el borde de un obstáculo, pero esto no es fácilmente observable debido a la corta longitud de onda de la luz visible. La interferencia de la luz de áreas con distancias variables del frente de onda móvil explica los máximos y los mínimos observables como franjas de difracción. Ver, por ejemplo, el experimento de la doble rendija.

VÍDEO DE COMPLEMENTACIÓN 









domingo, 7 de agosto de 2016

        El Efecto Doppler 

Si te sitúas en una carretera y escuchas la bocina de un auto que se acerca hacia tí notarás un cambio abrupto de frecuencia cuando el auto cruza frente a tí. Al acercarse, la bocina suena más aguda (mayor frecuencia) de lo que sería de estar el auto en reposo. Al alejarse se produce el efecto contrario: La frecuencia disminuye. Esto es el efecto Doppler.



casos 



1. Fuente y receptor en movimiento respecto al aire.


Pensaremos en la senal acustica como una sucesion de pulsos separados por un intervalo ´ de tiempo constante τ (el periodo de la fuente). a Sea w la velocidad del sonido respecto al aire y sean u1 y u2 respectivamente las velocidades de la fuente (F) y del receptor (R) respecto al aire (Fig. 6.1). Supondremos que ni F ni R superan la barrera del sonido.

Notese que el sonido no viaja a distinta velocidad respecto al medio de propagaci ´ on´ aunque la fuente de emision se mueva a trav ´ es del mismo. Entonces, ´ v 0 = w − u2 es la velocidad del sonido segun R y ´ λ 0 = (w − u1)τ es la longitud de onda de la senal respecto ˜ al aire, de modo que la separacion temporal entre dos pulsos seg ´ un R (el periodo ´ τ 0 que mide el receptor) sera

donde ν 0 es, por tanto, la frecuencia recibida por R, siendo ν la frecuencia emitida por F. Veamos ahora unos cuantos casos particulares de interes. Especificamos entre par ´ ente- ´ sis el cambio de tono que sufre el sonido: se hace mas grave (menor frecuencia) o m ´ as´ agudo (mayor frecuencia). Introducimos el cociente β = v/w donde v es la velocidad relativa entre receptor y fuente.


2. CUANDO EL OBSERVADOR SE MUEVE CON RELACIÓN AL MEDIO Y LA FUENTE PERMAMANECE EN REPOSO

Si el observador se encuentra en reposo, percibe un sonido cuya frecuencia es f. Si se mueve hacia la fuente va al encuentro de las ondas y percibirá una frecuencia de:



2.2. Si el observador se aleja de la fuente, la frecuencia percibida por el observador disminuye; porque Al alejarse el observador la cantidad de frentes de onda que lo alcanzan en la unidad de tiempo es menor y utilizamos la ecuación. 

3. CUANDO LA FUENTE SE MUEVE CON RELACIÓN AL MEDIO Y EL OBSERVADOR PERMANECE EN REPOSO.

Si la fuente se acerca al observador se produce un acortamiento de la longitud de onda y la frecuencia percibida por el observador será de.


 Si la fuente se aleja su longitud de onda sufre un alargamiento y por lo tanto, la frecuencia percibida por el observador será de.


4. Si el observador y la fuente se mueven alejándose uno del otro, la frecuencia percibida por el observador será.


   APLICACIONES DEL EFECTO DOPPLER

1. El efecto Doppler ha sido estudiado por los científicos y han sido capaces de utilizar dicho efecto para desarrollar numerosas aplicaciones que han hecho avanzar a la humanidad, como voy a mostrar a continuación.

Los detectores de radar lo utilizan porque son capaces de medir la velocidad de los vehículos y de las pelotas en varios deportes, aunque en este caso más de uno desearía que no hubiesen desarrollado esta aplicación cuando le ha llegado la multa por exceso de velocidad.

2.  EL EFECTO DOPPLER EN MEDICINA. El uso de los ultrasonidos es una práctica muy habitual en la medicina, sobre todo durante el embarazo. La técnica está basada en un aparato que emite sonidos de frecuencia superior a los 20.000 Hz. Cuando algún objeto se interpone en la señal los ultrasonidos chocan contra dicho objeto y regresan al aparato.

Donde un ordenador los interpreta y se encarga de transformar cada ultrasonido en un punto luminoso. Dando lugar a millones de puntos, que en su conjunto forman una imagen.

3. Medición de vibraciones
Un vibrómetro láser Doppler (LDV) es un método mediante el que se puede obtener la medición de vibraciones sin necesidad de contacto. El haz láser se dirige a la superficie a examinar desde el LDV, y la amplitud de la vibración y su frecuencia se extraen a partir del desplazamiento Doppler de la frecuencia del haz láser debido al movimiento de la superficie.


GLOSARIO:

Frecuencia: es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico.
Para calcular la frecuencia de un suceso, se contabilizan un número de ocurrencias de este teniendo en cuenta un intervalo temporal, luego estas repeticiones se dividen por el tiempo transcurrido. 




Tomado de