proyecto de fisica: 2011

I E D BRASILIA BOSA

FISICA

Zuly misnoly

Niño yate

110-1

1101 JM.

1) LA NATURALEZA DEL SONIDO

ONDAS SONORAS:

El sonido es el resultado de una perturbación que se propaga en un medio elástico. El exceso de presión característico de la perturbación descripta se denomina presión sonora. Este tipo de movimiento en el cual no es el medio en si mismo sino alguna perturbación lo que se desplaza se denomina onda. Cuando la onda tiene lugar en un medio líquido o gaseoso se denomina onda acústica. Cuando resulta audible, se llama onda sonora.

Las ondas acústicas viajan habitualmente a velocidad constante, que depende del medio y de las condiciones ambientales tales como la temperatura. A temperatura ambiente la velocidad del sonido en el aire es c = 345 m/s.

Esto significa que para recorrer una distancia de 345 m el sonido demora 1 s. En el agua el sonido viaja más de 4 veces más rápido que en el aire. Cuando hay gradientes de temperatura, tal como sucede entre puntos distantes algunos cientos de metros, o que se encuentran a diferentes alturas, el camino que sigue el sonido es curvilíneo en lugar de recto.

2) CUALIDADES DEL SONIDO

INTENSIDAD: La intensidad o el volumen es el que nos permite clasificar los sonidos en fuertes o de viles y está relacionada menté con la magnitud física que es la cantidad de energía que transporta la onda por unidad de superficie y unidad de tiempo.

TONO: Él tono es una cualidad de sonido que nos permite clasificar los sonidos en alto y graves y está relacionada directamente con la magnitud física. Los sonidos graves son los de frecuencia baja y los de los sonidos altos son los de frecuencia alta.

Sonido grabe = 16 Hz

Sonido alto = 20.000Hz

TIMBRE: El timbre nos permite distinguir dos sonidos de la misma intensidad y la misma frecuencia.

Los sonidos no son de una sola frecuencia, los sonidos suelen tener una onda principal que va acompañada de otra onda de menor amplitud llamadas (armónicos) cuya frecuencia es múltiplo de la onda principal; la suma de esas ondas da lugar a una onda que tiene una forma determinada. El timbre está relacionado con la forma de la onda.

3) RAPIDES DEL SONIDO

Casi todos los sonidos que escuchamos los escuchamos por medio del aire. Pero el sonido se trasmite con más intensidad y más aprisa en el meta que en el aire. El sonido no se propaga en el vacío, siempre debe existir un medio. Este se trasmite con más rapidez en los líquidos que en los gases, y todavía más aprisa en los sólidos.la rapidez del sonido en el aire seco a 0c es de aproximadamente de 330 metros por segundo, o 1200 km/h. pero esta rapidez es ligeramente mayor cuando el aire contiene vapor de agua y aumenta también con la temperatura, pues las moléculas de aire caliente, que se mueven más aprisa, chocan unas con otras más a menudo y por lo tanto trasmiten un impulso en menos tiempo. Por cada grado de incremento en la temperatura el aire de arriba de 0c, la rapidez del sonido aumenta en 0.60 m/s. así pues en el aire la temperatura normal de 20c el sonido se propaga a unos 340 m/s. la rapidez del sonido en un lugar especifico no depende de la densidad del material, si no su densidad, que es la capacidad de un material para alcanzar de forma en respuesta a una fuerza aplicada y recuperar su forma original una vez que su fuerza desaparece. En los materiales elásticos están relativamente y responden con prontitud a los movimientos de los demás, por lo cual trasmiten la energía con pocas perdidas.

. 4 ) INTENSIDAD DELSONIDO

La intensidad de sonido se define como la cantidad de energía (potencia acústica) que atraviesa por segundo una superficie que contiene un sonido. La intensidad de un sonido depende de la amplitud del movimiento vibratorio de la fuente que lo produce, pues cuanto mayor sea la amplitud de la onda, mayor es la cantidad de energía (potencia acústica) que genera y, por tanto, mayor es la intensidad del sonido. También depende de la superficie de dicha fuente sonora. El sonido producido por un diapasón se refuerza cuando éste se coloca sobre una mesa o sobre una caja de

paredes delgadas que entran en vibración. El aumento de la amplitud de la fuente y el de la superficie vibrante hacen que aumente simultáneamente la energía cinética de la masa de aire que está en contacto con ella; esta energía cinética aumenta, en efecto, con la masa de aire que se pone en vibración y con su velocidad media (que es proporcional al cuadrado de la amplitud

La intensidad de percepción de un sonido por el oído depende también de su distancia a la fuente sonora. La energía vibratoria emitida por la fuente se distribuye uniformemente en ondas esféricas cuya superficie aumenta proporcionalmente al cuadrado de sus radios; la energía que recibe el oído es, por consiguiente, una fracción de la energía total emitida por la fuente, tanto menor cuanto más alejado está el oído. Esta intensidad disminuye 3dB cada vez que se duplica la distancia a la que se encuentra la fuente sonora (ley de la inversa del cuadrado). Para evitar este debilitamiento, se canalizan las ondas por medio de un “tubo acústico” (portavoz) y se aumenta la superficie receptora aplicando al oído una “trompeta acústica”. Finalmente, la intensidad depende también de la naturaleza del medio elástico interpuesto entre la fuente y el oído. Los medios no elásticos, como la lana, el fieltro, etc., debilitan considerablemente los sonidos. La intensidad del sonido que se percibe subjetivamente que es lo que se denomina sonoridad y permite ordenar sonidos en una escala del más fuerte al más débil.

5) VIBRACIÓN Forzada

Cuando un cuerpo esta vibrando se pone en contacto con otro, el segundo cuerpo se ve forzado a vibrar con la misma frecuencia que el original.

Ejemplo: un diapasón es golpeado con un martillo y luego se coloca su base contra la cubierta de una mesa de madera, la intensidad del sonido se incrementara repentinamente. Cuando se separa de la mesa del diapasón, la intensidad disminuye a su nivel original. Las vibraciones de las partículas de las mesas en contacto con el diapasón se llaman vibraciones forzadas.

Hemos visto que los cuerpos elásticos tienen ciertas frecuencias naturales de vibración que son características del material y de las condiciones límites, una cuerda tensa de una longitud definida pueden producir sonidos de frecuencia naturales de vibración. Siempre que se aplican a un cuerpo una serie de impulsos periódicos de una frecuencia casi igual a una de las frecuencias naturales de un cuerpo, este se pone a vibrar con una amplitud relativamente grande. Este fenómeno se reconoce como resonancia o vibración simpática.

EJEMPLO: es el caso de un niño sentado en un columpio. La experiencia indica que la oscilación puede ser puesta en vibración con gran amplitud por una serie de pequeños empujes aplicados a intervalos regulares. La resonancia se producirá únicamente cuando los empujes estén en fase con la frecuencia natural de vibración pequeña o incluso ninguna.

6) Frecuencia Natural

Es la frecuencia que se presenta cada componente por su propia naturaleza y características. Esta frecuencia oscilaras si es excitada por el agente externo que opera a una frecuencia muy cercana, por lo tanto la frecuencia natural es la frecuencia a la que un sistema mecánico seguirá vibrando, después de que se quita la señal de oxidación. A veces se le llama la frecuencia de resonancia pero eso no es correcto, ya que la frecuencia de resonancia es la frecuencia a la que vibraría al sistema, si no hubiera amortiguación.

7) Resonancia

La resonancia es un fenómeno que se produce cuando un cuerpo capaz de vibrar es sometido a la acción de una fuerza periódica, cuyo periodo de vibración coincide con el periodo de vibración característico de dicho cuerpo.

En el cual una fuerza relativamente pequeña aplicada en forma repetida, hace que una amplitud de un sistema oscilante se haga muy grande. En estas circunstancias el cuerpo vibra, aumentando de forma progresiva la amplitud del movimiento tras cada una de las actuaciones sucesivas de la fuerza. Esté efecto puede ser destructivo en algunos materiales rígidos como el vaso que se rompe cuando una soprano canta y alcanza y sostiene la frecuencia de resonancia del mismo. Por la misma razón, no se permite

el paso por puentes de tropas marcando el paso, ya que pueden entrar en resonancia y derrumbarse.

8) INTERFERENCIA

Es un fenómeno característico de todo movimiento ondulatorio, tratándose de ondas en el agua, ondas sonoras u ondas de luz. Cuando se construye una sala de conciertos hay que tener en cuenta la interferencia entre las ondas de sonido, para que una interferencia destructiva no haga que en algunas zonas de la sal no puedan no puedan oírse los sonidos emitidos desde el escenario. Arrojando objetos al agua estancada se pueda observar la interferencia de ondas de agua, que es constructiva en algunos puntos y destructiva en otros.

9) Pulsaciones

Las pulsaciones se producen cuando dos ondas armónicas de frecuencias similares se superponen. La resultante de esta superposición es una onda cuya amplitud varía, alcanzando valores máximos y mínimos de vibración, lo que se percibe como fluctuaciones alternadas de la intensidad del sonido. Las pulsaciones se producen por el desfase continuó de ambas ondas a medida que transcurre el tiempo.

10) Efecto Doppler

Considere un observador que escucha el sonido de una fuente sonora. Supongamos que la fuente sonora genera un sonido continuo de frecuencia fo. Si la separación de la fuente y el observador varía en función del tiempo, entonces la frecuencia que escucha el observador no será fo. Este fenómeno se conoce con el nombre de Efecto Doppler.

EJEMPLO: Una persona está en la calle y escúchala sirena de una ambulancia, si la ambulancia está detenida las ondas emitida por la sirena van a ser constantes, es decir no va a variar (en este caso la fuente esta sin movimiento); cuando la ambulancia empiece a moverse hacia el oyente las ondas van a ir aumentando su rapidez, haciendo que el oyente escuche el sonido más agudamente a medida que se acerca la sirena de la ambulancia (en este caso la fuente se está acercando al oyente u observador); y cuando la ambulancia se empieza a alejar las ondas van a ir disminuyendo su rapidez, haciendo que el sonido se escuche gravemente y cada vez menos (en este caso la fuente se está alejando del oyente). Cuanto mayor es la velocidad de la ambulancia mayor es mayor el cambio de frecuencia

El efecto Doppler también se encuentra en la astronomía La longitud de onda de la señal de retorno es distinta de la longitud de onda de la señal emitida porque el objeto estudiado se acerca o se aleja de la Tierra. Esta diferencia de longitud de onda se mide cuidadosamente porque, al aplicar el efecto Doppler, se puede utilizar para conocer la velocidad del objeto con respecto a la Tierra. Por esta razón, si el objeto está girando, las señales que provienen de sus distintas partes cambiarán de longitud de onda. La difusión de longitudes de onda en la señal de retorno es utilizada, por tanto, para medir la velocidad de rotación del objeto en relación con la Tierra. Si estas mediciones se realizan durante unos cuantos meses, la dirección del objeto respecto a la Tierra habrá cambiado, y se puede determinar la dirección en la que gira alrededor de su eje. Otro método de procesamiento de la señal, sobre todo a partir de datos de las sondas espaciales, permite construir mapas de la re flexibilidad de las ondas de radio de la Luna o de un planeta. Al seleccionar señales en zonas adecuadas y regiones de cambio de longitud de onda, se puede trazar un mapa de la superficie completa de un planeta.

11. NATURALEZA DE LA LUZ

EFECTO FOTOELÉCTRICO:

El efecto fotoeléctrico consiste en la pérdida de electrones por parte de un metal al ser iluminado con radiación electromagnética. Pará experimentar se disponen dos electrodos en el interior de una ampolla transparente en la que se ha relazado el vacío. El cátodo es del metal a estudiar mientras que

el ánodo es de cualquier otro metal. El circuito eléctrico se cierra con una fuente de potencial y un galvanómetro. En la experimentación variando las características de la radiación incidente sobre el cátodo se observa que:

-Existe una frecuencia umbral por debajo de la cual no se produce emisión de electrones, con independencia de la intensidad de la radiación.

-Por encima de la frecuencia umbral por poca que sea la intensidad de la radiación, se verifica instantáneamente el efecto fotoeléctrico.

-Para una radiación de frecuencia superior al umbral, la intensidad de corriente aumenta hasta un máximo (Is) al aumentar el potencial aplicado a los electrodos.

-Para una misma frecuencia es proporcional a la intensidad de la radiación.

-Al invertir el potencial y aumentarlo progresivamente, llega un momento en el que la intensidad de corriente se anula. En ese instante el trabajo realizado por el potencial de frenado (Vf) e igual a la energía cinética máxima de los fotoelectrones:

E Vf=1/2 me v2e Una vez detenida la corriente eléctrica, se observa que un aumento de la intensidad de la radiación incidente no la restablece.

La explicación de efecto fotoeléctrico no es posible sobre la base de la teoría ondulatoria. Según esta, los electrones del metal podrían acumular energía de la onda incidente hasta que tuvieran la suficiente para escapar. Pero que esto no ocurría lo evidencia que el efecto fuera instantáneo. La primera explicación satisfactoria la dio Einstein en 1905.Lo hizo partiendo de una proposición revolucionaria: La teoría ondulatoria es válida para los fenómenos que se desarrollan a lo largo del tiempo pero no lo es para explicar los fenómenos de interacción de la radiación con la materia. Según la hipótesis de Einstein la energía no se distribuía uniformemente sobre el frente de onda, si no que estaba agrupada en cuantos, en paquetes de energía que él denominó fotones. Cada fotón tendría una energía de:

E=hu siendo h la cte de Planck.

Planck para explicar la radiación del, Gracias a los cuales la explicación del efecto fotoeléctrico es sencilla. En el momento que un fotón con la energía suficiente incidía en el metal, había un electrón que tomaba esa energía y se escapaba. El proceso es instantáneo. Si el fotón tiene menos energía el electrón no escapa, no es posible que un electrón acumule la energía de varios fotones. Si el fotón tiene más energía, el exceso lo conservará el electrón como energía cinética. Con este modelo es fácil comprender que no importa la intensidad de la radiación sino su frecuencia La energía mínima que necesita un electrón para escapar es ef. Toda la energía que de más del fotón se transformará en energía cinética del electrón: 1/2 me.ve2 =h.u-e.FDemostrar que la cantidad de movimiento de un fotón vale h/l.

p=m.v=m.c=m.c2/c según Einstein: E=mc2

p=E/c=hu/c=h/l

Determinar la relación que existe entre el potencial de frenado Vf y la frecuencia en una relación lineal. El trabajo de frenado es igual a la energía cinética de frenado:

Vf.e=1/2.me.ve2=h.u-e.F

Despejando Vf: Vf= (h/e) .u-F

Que es una relación lineal de pendiente h/e. Al iluminar un metal con luz de frecuencia 1015 Hz, emite fotoelectrones que pueden detenerse con un potencial de frenado de 0,6 V. Si se utiliza luz de 2,5 10-7 m de longitud de onda, dicho potencial pasa a ser de 0,23 V. Calcular F sabiendo que he=1,6 10-19 C.

Para la primera situación se cumple:

0,6=h.1015/1,6 10-19 - F y para la segunda:

0,23=h.3 108/2,5 10-7 1,6 10-19 - F

Resolviendo el sistema de ecuaciones formado:

h=6,63 10-34 J.s F=0,74 V

12. POLARIZACIÓN

La polarización de una antena es la polarización de la onda radiada por dicha antena en una dirección dada. La polarización de una onda es la figura geométrica determinada por el extremo del vector que representa al campo eléctrico en función del tiempo, en una posición dada. Para ondas con variación sinusoidal dicha figura es en general una elipse. Hay una serie de casos particulares.

B bhñ´l

Si la figura trazada es una recta, la onda se denomina linealmente polarizada, si es un círculo circularmente polarizado. El sentido de giro del campo eléctrico, para una onda que se aleja del observador, determina si la onda está polarizada circularmente a derechas o a izquierda. Si el sentido de giro coincide con las agujas del reloj, la polarización es circular a derechas. Si el sentido de giro es contrario a las agujas del reloj, la polarización es circular a izquierdas. El mismo convenio aplica a las ondas con polarización elíptica.

Las expresiones siguientes representan campos con polarización lineal

Las expresiones siguientes representan campos con polarización circular, la primera a izquierdas y la segunda a derechas

Finalmente los siguientes ejemplos corresponden a polarizaciones elípticas

Se produce una polarización lineal cuando las fases de dos componentes ortogonales del campo eléctrico difieren un múltiplo entero de p radianes. Se produce polarización circular cuando las amplitudes son iguales y la diferencia de fase entre las componentes es p/2 o 3p/2. La polarización es elíptica en los demás casos.

Cualquier onda se puede descomponer en dos polarizaciones lineales ortogonales, sin más que proyectar el campo eléctrico sobre vectores unitarios orientados según dichas direcciones. Aplicando el mismo principio, cualquier onda se puede descomponer en dos ondas polarizadas circularmente a derechas o izquierdas.

Por ejemplo la siguiente expresión representa una onda polarizada elípticamente a derechas, con relación axial 3.

Se puede descomponer en dos ondas polarizadas linealmente de amplitudes 3 y –1, o bien en dos ondas polarizadas circularmente a derechas e izquierdas

Resolviendo el siguiente sistema de ecuaciones se determinan los valores de A y B

Los valores son A=2, B=1.

13. funciona el telescopio

En una lente la luz desvía su trayectoria al pasar a través de ella. Es el fenómeno de refracción, que se produce siempre que la luz pasa de uno a otro medio. En los espejos la luz también cambia de dirección pero, esta vez, reflejándose según un determinado ángulo. Este es el fenómeno de reflexión.

Siguiendo la Figura, a la distancia entre el centro de la lente objetivo (punto O) y su foco (punto F1') se le llama longitud focal, que es precisamente la que correspondería a un telescopio sobre el cual estuviera montada. Se representa por la letra F y su valor suele venir expresado en milímetros.
El ocular se coloca entonces de manera que su foco (punto F2) coincida con la imagen formada por el objetivo. En esta situación el observador recibe una imagen virtual e invertida de igual tamaño que la formada por el objetivo pero, al originarse un gran aumento angular, se ve con mayor detalle.
Ahora bien, si simplemente sustituimos la lente objetivo de la Figura por otra con una distancia focal mayor comprobaremos como la imagen real que se forma es de mayor tamaño que en el primer caso. El ocular sigue cumpliendo exactamente la misma función que antes, pero la imagen que percibirá el observador es más grande.

14 Funcionamiento del ojo humano

En general, los ojos funcionan como unas cámaras fotográficas sencillas. La lente del cristalino forma en la retina una imagen invertida de los objetos que enfoca y la retina se corresponde con la película sensible a la luz.

Como ya se ha dicho, el enfoque del ojo se lleva a cabo debido a que la lente del cristalino se aplana o redondea; este proceso se llama acomodación.

En un ojo normal no es necesaria la acomodación para ver los objetos distantes, pues se enfocan en la retina cuando la lente está aplanada gracias al ligamento suspensorio. Para ver los objetos más cercanos, el músculo ciliar se contrae y por relajación del ligamento suspensorio, la lente se redondea de forma progresiva. Un niño puede ver con claridad a una distancia tan corta como 6,3 cm.

Al aumentar la edad del individuo, las lentes se van endureciendo poco a poco y la visión cercana disminuye hasta unos límites de unos 15 cm a los 30 años y 40 cm a los 50 años.

En los últimos años de vida, la mayoría de los seres humanos pierden la capacidad de acomodar sus ojos a las distancias cortas. Esta condición, llamada presbiopía, se puede corregir utilizando unas lentes convexas especiales.

Las diferencias de tamaño relativo de las estructuras del ojo originan los defectos de la hipermetropía o presbicia y la miopía o cortedad de vista.