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Ondas transversales y longitudinales: ejemplos reales y partes de la onda

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Respuesta rápida

a) Transversal: salto con cuerda (vibración perpendicular a la propagación); longitudinal: sonido (compresiones y rarefacciones paralelas). b) Con f=2 Hz, v=4 m/s: A=10 cm, T=0,5 s, λ=2 m; nodos en la línea de reposo.

📚 exercise fisica ⭐⭐ Dificultad 2/5 ⏱ 4 min lectura

Solución — Página 186

Fisica 3° · 2024

Ejercicio 1

(actividad a)

Analizo situaciones de la vida real para ejemplificar una onda transversal y una onda longitudinal, justificando cada una.

Parte 1.a

Onda transversal: el salto con cuerda (entrenamiento de cuerdas)

En el salto con cuerda, cada tramo de la cuerda sube y baja respecto a su posición de reposo.
Mientras la perturbación viaja a lo largo de la cuerda (de una punta a la otra), el desplazamiento de cada segmento de cuerda es perpendicular (vertical) a la dirección en que se propaga la onda (horizontal).
Como la vibración es perpendicular a la propagación, la cuerda forma crestas y valles alternados: es una onda transversal.

Justificación: la onda transversal es aquella en la que la oscilación de las partículas del medio es perpendicular a la dirección de propagación de la energía; por eso la cuerda presenta máximos (crestas) y mínimos (valles) sin que el material avance junto con la onda.

Otros ejemplos válidos: las ondas en la superficie de un charco, las ondas sísmicas tipo S, la luz al atravesar un prisma o las ondas en un resorte estirado que se mueve de lado a lado.

Parte 1.b

Onda longitudinal: el sonido producido al golpear las palmas de las manos

Cuando se golpean las palmas, las moléculas del aire se comprimen y se separan sucesivamente.
Las partículas del aire vibran paralelas (en la misma dirección) a la propagación del sonido: se forman zonas de alta presión (compresiones) y zonas de baja presión (rarefacciones).
Como la vibración es paralela a la propagación, es una onda longitudinal.

Justificación: en una onda longitudinal el desplazamiento de las partículas del medio se realiza en la misma dirección que la propagación de la onda; por eso el sonido viaja formando compresiones y rarefacciones alternadas y no crestas ni valles.

Otros ejemplos válidos: las ondas en un resorte comprimido y estirado, las ondas sísmicas tipo P y las ondas de presión dentro de un tubo.

Ejercicio 2

(actividad b)

Grafico una onda basada en el movimiento del entrenamiento de cuerdas y coloco las partes señaladas.

Paso 1. Datos del ejemplo

El entrenamiento de cuerdas hace oscilar la cuerda a una frecuencia $f = 2 \, \text{Hz}$ (dos saltos por segundo).
El período es el tiempo que tarda un ciclo completo: $T = \frac{1}{f} = \frac{1}{2 \, \text{Hz}} = 0{,}5 \, \text{s}$
La onda viaja por la cuerda con velocidad $v = 4 \, \text{m/s}$ .
La longitud de onda se obtiene con $v = \lambda \cdot f$ : $\lambda = \frac{v}{f} = \frac{4 \, \text{m/s}}{2 \, \text{Hz}} = 2 \, \text{m}$
La amplitud es la altura máxima desde la línea de reposo: $A = 0{,}10 \, \text{m} = 10 \, \text{cm}$ .

Paso 2. Partes señaladas en la gráfica

Cresta: punto de máximo desplazamiento positivo (altura $A$ sobre la línea de reposo).
Valle: punto de mínimo desplazamiento (altura $A$ bajo la línea de reposo).
Amplitud $A$ : distancia vertical entre la línea de reposo y una cresta (o un valle), aquí $A = 10 \, \text{cm}$ .
Período $T$ : duración de un ciclo completo, aquí $T = 0{,}5 \, \text{s}$ .
Frecuencia $f$ : ciclos por segundo, aquí $f = 2 \, \text{Hz}$ .
Longitud de onda $\lambda$ : distancia entre dos crestas consecutivas (o entre dos valles consecutivos), aquí $\lambda = 2 \, \text{m}$ .
Nodos: puntos de la cuerda que permanecen en reposo (desplazamiento nulo); en una onda estacionaria son los puntos que no se mueven nunca.

Paso 3. Verificación

$\lambda \cdot f = 2 \, \text{m} \times 2 \, \text{Hz} = 4 \, \text{m/s} = v$

Los valores son coherentes con la velocidad dada, por lo que la gráfica y sus rótulos son correctos.

Respuesta

onda transversal (cuerda) y longitudinal (sonido), y una gráfica de onda con $A = 10 \, \text{cm}$ , $T = 0{,}5$ $, $\text{s} $, $f = 2 $\$, $\text{Hz}$ , $\lambda$ = 2 $\$, $\text{m}$ y nodos en los cruces con la línea de reposo.

Contenido de la página

Página 185 — Texto de Física (BGU 3, Ecuador)

a) Analizo situaciones de la vida real para ejemplificar una onda longitudinal y una onda transversal. Justifico mi respuesta.

Onda	Ejemplo de la vida real	Justificación
Transversal	Salto con cuerda (entrenamiento de cuerdas); ondas en la superficie del agua	Las partículas vibran perpendicular a la dirección de propagación; aparecen crestas y valles
Longitudinal	Sonido producido al golpear las palmas; ondas sísmicas P	Las partículas vibran paralelas a la propagación; se forman compresiones y rarefacciones

b) Grafico una o varias ondas con base en el movimiento del entrenamiento de cuerdas y coloco las siguientes partes en la gráfica:

CRESTAS
VALLES
AMPLITUD
PERÍODO
FRECUENCIA
LONGITUD DE ONDA
NODOS

Cuadro resumen de las partes de la onda

Parte	Definición	Dónde se observa en la gráfica
Cresta	Máximo desplazamiento positivo	Punto más alto de la curva
Valle	Máximo desplazamiento negativo	Punto más bajo de la curva
Amplitud ( $A$ )	Distancia entre la línea de reposo y una cresta o valle	Altura vertical máxima
Período ( $T$ )	Tiempo de un ciclo completo	Distancia horizontal entre dos crestas consecutivas
Frecuencia ( $f$ )	Número de ciclos por unidad de tiempo	$f = 1/T$ , medida en Hz
Longitud de onda ( $\lambda$ )	Distancia entre dos crestas (o valles) consecutivos	Distancia horizontal en el eje espacial
Nodos	Puntos sin desplazamiento	Cruces con la línea de reposo

Ejemplos resueltos

Una cuerda de entrenamiento hace 2 saltos por segundo y la onda viaja a 4 m/s. Determinar período, longitud de onda y amplitud si esta última es de 10 cm.

$f = 2 \, \text{Hz}$ y $v = 4 \, \text{m/s}$ .
$T = 1/f = 1/2 = 0{,}5 \, \text{s}$ .
$\lambda = v/f = 4/2 = 2 \, \text{m}$ .
$A = 10 \, \text{cm} = 0{,}10 \, \text{m}$ .
Verificación: $\lambda f = 2 \times 2 = 4 \, \text{m/s} = v$ . ✓

Tabla

Parte	Definición	Dónde se observa
Cresta	Máximo desplazamiento positivo	Punto más alto de la curva
Valle	Máximo desplazamiento negativo	Punto más bajo de la curva
Amplitud ( $A$ )	Distancia entre la línea de reposo y una cresta o valle	Altura vertical máxima
Período ( $T$ )	Tiempo de un ciclo completo	Distancia horizontal entre crestas consecutivas
Frecuencia ( $f$ )	Ciclos por segundo ( $f=1/T$ )	Nº de crestas por unidad de tiempo
Longitud de onda ( $\lambda$ )	Distancia entre crestas consecutivas	Distancia horizontal en el eje espacial
Nodos	Puntos sin desplazamiento	Cruces con la línea de reposo

Diagrama

flowchart TD
    A[Onda transversal — salto con cuerda] --> A1[Las partículas vibran perpendicular a la propagación]
    A1 --> A2[Se forman crestas y valles]
    A2 --> A3[Superficie del agua, ondas sísmicas S, luz]
    B[Onda longitudinal — sonido al golpear palmas] --> B1[Las partículas vibran paralelas a la propagación]
    B1 --> B2[Se forman compresiones y rarefacciones]
    B2 --> B3[Resorte comprimido, ondas sísmicas P]

Fórmulas y ecuaciones

v = $\lambda$ $\cdot$ f

T = $\frac{1}{f}$

v = $\lambda$ $\cdot$ f

$\lambda$ = $\frac{v}{f}$

f = $\frac{1}{T}$

Glosario (9)

Onda transversal: Onda en la que la vibración de las partículas del medio es perpendicular a la dirección de propagación de la energía.
Onda longitudinal: Onda en la que la vibración de las partículas del medio es paralela a la dirección de propagación; presenta compresiones y rarefacciones.
Cresta: Punto de la onda con el máximo desplazamiento positivo respecto a la posición de reposo.
Valle: Punto de la onda con el máximo desplazamiento negativo respecto a la posición de reposo.
Amplitud: Distancia máxima entre la posición de reposo y una cresta o un valle; mide la energía de la onda.
Período: Tiempo que tarda la onda en completar un ciclo, medido en segundos.
Frecuencia: Número de ciclos que la onda completa por segundo, medida en hertz (Hz).
Longitud de onda: Distancia entre dos crestas (o dos valles) consecutivas, medida en metros.
Nodo: Punto de una onda estacionaria que permanece siempre en reposo, sin desplazamiento.

Preguntas para practicar

¿Por qué el sonido es una onda longitudinal aunque percibimos que viaja hacia arriba y hacia abajo?

El sonido se propaga en el aire formando compresiones y rarefacciones en la misma dirección en que viaja; el oído detecta esos cambios de presión, no un desplazamiento lateral. Solo en superficies líquidas o sólidas ciertas ondas sísmicas se presentan como transversales.

Si aumenta la frecuencia del salto con cuerda, ¿qué le ocurre a la amplitud, al período y a la longitud de onda? Justifica.

Al aumentar la frecuencia f, el período T = 1/f disminuye y, si la velocidad de la onda en la cuerda se mantiene, la longitud de onda λ = v/f también disminuye. La amplitud depende de la fuerza con la que se sacude la cuerda, no de la frecuencia, aunque en la práctica suele aumentar al saltar más rápido.

Temas y conceptos clave

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