Para abordar las siguientes actividades, es importante que los estudiantes hayan tenido acercamiento a los
conceptos relacionados con los movimientos oscilatorios, reconociendo elementos
o conceptos como amplitud, periodo, frecuencia, velocidad de onda, longitud de
ondas, entre otros.
- Reconoce propiedades inherentes al movimiento ondulatorio (trasporte de energía y no de materia, amplitud)
- Desarrolla métodos de medición para los parámetros de frecuencia, longitud de onda y amplitud.
- Relaciona la frecuencia con la longitud de onda, y la amplitud con el movimiento de las partículas del agua
- Predice comportamientos de objetos afectados por ondas (olas)
Se dispone de una moto acuática que tú puedes
controlar, con las flechas de dirección
- · Arriba para moverse
- · Izquierda para girar en sentido contrario a las manecillas del reloj
- · Derecha para girar en sentido de las manecillas del reloj.
Las ondas de agua se producen por el viento o alguna
perturbación de otro tipo. Las
partículas se mueven en pequeños círculos, de manera que se producen
desplazamientos tanto transversales como longitudinales.
En los movimientos ondulatorios se produce una transferencia
de energía, que en el caso de las ondas sonoras y las ondas de agua es
mecánica. Sin embargo, el paso de una
onda por un medio también supone una pérdida de energía, por lo tanto, la
amplitud disminuye y se habla de un amortiguamiento de la onda. Por ejemplo, en
el siguiente video se puede observar como a mayor distancia de la fuente
perturbadora, menor es la fuerza con que se mueve el agua, menor son los
efectos de la perturbación.
La amplitud es el desplazamiento máximo desde la posición de
equilibrio (en el caso del agua, la posición de equilibrio está representada por
el agua en reposo, la amplitud está determinada por la altura que alcanza una
ola). La longitud de onda (λ) es la
distancia entre dos máximos consecutivos de la onda. La velocidad de propagación (V) es igual al
producto de la frecuencia por la longitud de onda: v = f.λ.
Las ondas que se originan en un foco puntual se propagan
hacia fuera, en todas las direcciones, formando frentes de onda que serán
circulares o esféricos al propagarse por un medio homogéneo. Cuando la distancia entre el frente de onda
y el foco es grande, se puede considerar como un frente de onda plano.
- · En el punto de partida se puede observar que hay algunos objetos flotantes en el agua (como balones, la moto que se balancea, etc), pero estos no se mueven hacia los lados, solo hacia arriba o hacia abajo ¿a qué se debe esta forma de movimiento? ¿por qué no avanzan o retroceden a pesar del movimiento de las olas (no hay movimiento horizontal neto)?
- · En el juego vemos que cuando no interfieres con el movimiento de la moto esta se balancea hacia arriba y hacia abajo como un “mataculín” ¿qué produce ese movimiento de la moto? ¿de qué depende el nivel de subida o bajada de la moto
- Que parámetro relacionado con las ondas podríamos variar para que el movimiento de sube y baja en la moto sea más grande o más pequeño? ¿qué parámetro podríamos variar para que el movimiento de sube y baja de la moto acuática sea más brusco (para que este movimiento sea más rápido)?
- Si pudiéramos variar un parámetro relacionado con las ondas para que el movimiento de sube y baja en la moto sea más grande o más pequeño ¿Cuál sería? ¿qué parámetro podríamos variar para que el movimiento de sube y baja de la moto acuática sea más brusco (para que este movimiento sea más rápido)?
- Las curvas en el agua que representan el oleaje pueden brindar información acerca de la frecuencia, la longitud de onda, la amplitud, la velocidad ¿El juego está diseñando con una longitud de onda constante y por lo tanto una frecuencia constante? ¿por qué? ¿podrías medir cada uno de estos elementos? ¿Cómo lo harías?
- ¿Qué parámetros (amplitud, frecuencia, periodo, longitud de onda) pueden ser usados para hallar la velocidad de la onda?
- Tomando en cuenta lo que ocurre con las pelotas y la nave ¿Cómo crees que se mueven las partículas del agua en este tipo de ondas? ¿a qué tipo de onda nos enfrentamos (mecánica o electromagnética, transversal o longitudinal)?
- ¿podríamos encontrar la velocidad con la que se mueven las partículas del agua?¿cómo?¿qué tipo de movimiento experimentas esas partículas?
- Si empezamos a mover la moto, hacia la derecha, con una velocidad determinada, cambia el movimiento aparente de las olas, de este modo quien va en la moto experimentará (señale la o las respuestas que considera correcta):
a) Aumento
en la frecuencia
b) longitud de onda
c) Disminución
de la cantidad de movimiento de las partículas del agua
d) Aumento
o disminución de la amplitud
e)
No
percibe cambio alguno con respecto a estos parámetros, pero si con respecto a
otros (debe señalar cuales)
- Reconocer y relacionar algunas variables que intervienen en el movimiento ondulatorio, en particular en el de las ondas esféricas, como la amplitud, velocidad de propagación, longitud de onda, frecuencia, periodo, entre otros.
- Realizar predicciones y formular hipótesis a partir del la experimentación con el applet.
- Reconoce las propiedades de las ondas, entre ellos, periodo, longitud de onda, amplitud, velocidad, entre otros.
- Establece relaciones entre los anteriores elementos
- Describe el comportamiento de las ondas esféricas.
Se dispone de applet que
ofrece la página web PET sobre interferencia de ondas, en ella se muestra el
comportamiento de la una onda en el agua, una onda sonora y de la luz. La
actividad consistirá de las dos primeras. Este applet consta de deslizadores
que permiten variar magnitudes como la frecuencia y la amplitud, visualizar el
comportamiento de la amplitud de la onda a medida que se aleja de la fuente,
formas de medir la distancia entre los frentes de onda y un cronometro lo que
permite identificar el periodo de la onda.
Este applet también ofrece
la posibilidad de observar el fenómeno de interferencia tomando dos fuentes y
variando las distancias entre ellas. También dispone de herramientas como
barreras que permite explorar el fenómeno de difracción.
La siguiente imagen muestra
la ventana principal para trabajar con ondas en el agua:
Podríamos
decir que en nuestra vida cotidiana interactuamos constantemente con los
fenómenos ondulatorios. Si nos movemos en el espacio estamos generando una perturbación
en las partículas, de igual manera, cuando hablamos generamos diferencias de
presiones en el aire, es decir, perturbamos ese espacio que nos rodea, de modo
que nosotros podemos captar con nuestros oídos esos cambios de presión, lo que
se traduce en la posibilidad de comunicarnos unos con otros.
Si
nos bañamos en un estanque o piscina podemos ver que se formas pequeñas olas a
medida que nos movemos en el agua, esas olas en realidad son ondas que se
propagan desde una fuente (en este caso nosotros somos quienes ocasionamos la
perturbación del medio) se propagan en forma circular y a este tipo de onda las
llamamos ondas circulares. Si llevamos este ejemplo a un parlante, éste igual que
nosotros, perturba el medio (el aire), dicha perturbación se propaga, alejándose
de su fuente.
Las
ondas sonoras se propagan en tres dimensiones, es decir, en forma esférica, a
este tipo de ondas las llamamos esféricas. Estas ondas aumentan de radio a
medida que se alejan de la fuente y por lo tanto se habla de superficies de
onda o frentes de onda. Es de notar que la amplitud de las ondas circulares
disminuye a medida que aumenta la distancia a la fuente
Si la fuente es puntual y el
medio homogéneo, todos, los puntos que oscilan en fase se encuentran sobre una
superficie esférica, y a estas ondas se les denomina esféricas.
A todos los puntos del medio
que oscilan en fase cuando se propaga una onda bidimensional o tridimensional,
le denominaremos frente de onda, En este sentido, una onda será circular cuando
los frentes de ondas sean circunferenciales, esféricas cuando sean esféricos, y
planas cuando sean planos.
Estos dos tipos de ondas son
mecánicas, es decir, necesitan un medio material mara propagarse y en ninguno
de los casos una onda transporta materia, solo energía, pero si es ocasionada
por el movimiento oscilatorio de las partículas y la cantidad de movimiento de
dichas oscilaciones.
La onda consta de dos
movimientos: uno es la vibración de las partículas y otro es la propagación de
la onda en sí. Si el movimiento de cada partícula es " de arriba hacia
abajo y viceversa" la onda se llama transversal. Si la partícula se mueve
en la misma dirección de propagación moviéndose atrás y adelante, la onda
recibe el nombre de longitudinal. El sonido esta entre las ondas
longitudinales.
Existen valores máximos y
mínimos Cada uno de estos valores recibe el nombre de amplitud, mientras que a
los intermedios se los denomina elongación.
Denominamos “periodo” al
intervalo de tiempo en que las partículas del medio por el que se propaga la
onda, realizan una oscilación completa; la distancia mínima entre dos puntos
que oscilan en fase la longitud de onda (λ).
La velocidad de propagación
de una onda depende de las características elásticas del medio y de la densidad
y la amplitud de una onda es la elongación máxima con que oscilan las partículas
del medio por el cual se propaga la onda.
- ¿Qué sucede al interior de las moléculas del agua que hace que el estanque en su conjunto reaccione de esta manera?
- Como puedes observar la parte los bordes del estanque resultan afectados por la caída de la gota de agua ¿Por qué crees que se produce esto?
- ¿cambia la velocidad con que se mueve la onda a medida que se aleja de la fuente?¿cambia la amplitud?¿cambia la frencuencia?
- ¿Cómo explicarías el físicamente el movimiento de las olas?
- ¿Qué percibes en el movimiento del agua? ¿qué sucede con las gotas de agua? ¿Cómo podrían estar relacionados físicamente estos dos parámetros?
Activa el botón “Demuestre
el grafico” que muestra el nivel del
agua con respecto a la distancia a la fuente y continúe variando la frecuencia
- ¿qué sucede con la amplitud de la onda a medida que se aleja de la fuente?¿por qué crees que sucede esto?
- ¿cambia la amplitud cuando cambias la frecuencia? Explique (la amplitud de la onda es mostrada por el nivel del agua)
Activa el botón “Agregar
detector” que muestra la variación de la amplitud a una determinada distancia
de la fuente y continúe variando la frecuencia
- ¿Qué sucede con la amplitud a medida que pasa el tiempo?
Mueva el oscilador “Rotar
visión” para ver de lado, donde se muestra la amplitud de la onda en el agua, y
verifique las respuestas anteriores.
Active “Dos goteos”, varíe
la distancia entre las canillas y responda
- ¿Qué sucede con la amplitud?¿qué sucede con la frecuencia?
- ¿existe alguna separación entre ellas que provoque un cambio en la amplitud de la onda? Si ocurre, ¿por qué crees que sucede?
Explore con las diferentes
barreras que ofrece el applet (“uno rajado” y “dos rajas”) y varíe la distancia
de la barrera a la fuente
- ¿Cómo es posible que el extremo superior derecho del tanque sufra perturbaciones? ¿Cómo explicas esto?
- ¿Sufre alguna variación la amplitud o la frecuencia? Si ocurre ¿por qué crees que se da?
Activa el botón “sonido” en
el aplet, donde se pueden apreciar la forma que toman las ondas sonoras
- ¿Qué forma toman?
- Rota la vista ¿toma la misma forma? Si lo hace, ¿cómo es posible esto? ¿qué elemento geométrico toma forma de círculo sin importar el ángulo por donde lo mires? ¿cómo es la forma de las ondas sonoras?
- ¿Qué crees que le sucede al aire en presencia de una fuente sonora para que suceda esto? ¿qué crees que sucede si hay dos fuentes en diferentes puntos del espacio? ¿cómo es el sonido que escucharía alguien ubicado a una determinada distancia de las fuentes?
Active el botón “agregar el
detector” que permite conocer la presión del aire en un determinado punto del
espacio y explore con diferentes frecuencias
- ¿cambia la presión con el cambio de la frecuencia? ¿por qué?
- ¿cambia la presión con el cambio de la amplitud? ¿por qué?
- ¿cambia la presión con la distancia a la fuente? ¿por qué?
Ubique dos fuentes sonoras,
varíe la distancia entre ellas. Explore también con las barreras
- ¿Qué sucede con la frecuencia, con la amplitud, y con la presión a medida que varias estos parámetros?
http://www.textoscientificos.com/fisica/ondas
http://www.pequejuegos.com/jugar-la-moto-acutica-de-sonic.html
https://www.google.com/search?q=ondas+en+el+agua&hl=es&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=5pgHVMjSKIW1ggSY9YHIBw&sqi=2&ved=0CAYQ_AUoAQ&biw=1366&bih=624#facrc=_&imgdii=OCbMQucgNUcnAM%3A%3BlT6xWrgKNeaoiM%3BOCbMQucgNUcnAM%3A&imgrc=OCbMQucgNUcnAM%253A%3BCa20jhiJ0y13hM%3Bhttp%253A%252F%252Fwww.fondear.org%252Finfonautic%252Fmar%252Fel_mar%252Folas_velocidad%252FAvanceOla.jpg%3Bhttp%253A%252F%252Fwww.fondear.org%252Finfonautic%252Fmar%252Fel_mar%252Folas_velocidad%252Fvelocidad_olas.htm%3B445%3B320
http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_esf%C3%A9rica
http://es.scribd.com/doc/48028648/ApuntesOndasMecanicas
http://industrialfisicaiii.blogspot.com/2010/05/onda-una-onda-es-una-perturbacion-de.html
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http://es.scribd.com/doc/48028648/ApuntesOndasMecanicas
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