FÍSICA – Bachillerato General – 1 – Primero de Bachillerato – Pág 186 – Resuelto 0

Regla: Definición de tipos de onda y relaciones fundamentales.

Una onda transversal tiene partículas del medio oscilando perpendicularmente a la dirección de propagación. Una onda longitudinal tiene partículas oscilando en la misma dirección de propagación (compresiones y rarificaciones). Relación: \(v=f\lambda\), \(T=1/f\), \(\lambda\) distancia entre crestas consecutivas.

Pregunta 1) Analizo situaciones de la vida real para ejemplificar una onda longitudinal y una onda transversal. Justifico mi respuesta.

Respuesta:
Paso 1: Definición usada: Una onda transversal tiene la oscilación del medio perpendicular a la dirección de propagación; una onda longitudinal tiene la oscilación del medio paralela a la dirección de propagación.
Paso 2: Ejemplo de onda transversal: Una cuerda tensa donde se mueve la mano formando una onda (o las olas en la superficie del agua). Aquí la partícula de la cuerda se mueve hacia arriba y abajo mientras la onda se desplaza horizontalmente. Por eso la oscilación es perpendicular a la propagación.
Paso 3: Justificación (transversal): Si la onda se desplaza hacia la derecha y cada punto de la cuerda sube y baja en dirección vertical, entonces la dirección de vibración (vertical) es perpendicular a la dirección de avance (horizontal). Ejemplo adicional: ondas electromagnéticas (campo eléctrico y magnético perpendiculares a la dirección de propagación).
Paso 4: Ejemplo de onda longitudinal: Onda sonora en el aire (o una compresión que se desplaza a lo largo de un resorte o muelle). Aquí las partículas del aire avanzan y retroceden en la misma dirección que la onda viaja, creando compresiones y rarefacciones.
Paso 5: Justificación (longitudinal): Si la perturbación se propaga hacia la derecha y las partículas del medio se comprimen y expanden también en la dirección derecha-izquierda, la oscilación es paralela a la propagación, característica de ondas longitudinales.
Resultado final: \( \boxed{\text{Transversal: cuerda u onda en la superficie del agua. Longitudinal: sonido en el aire o compresiones en un resorte.}} \)

Pregunta 2) 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.

Respuesta:
Paso 1: Regla usada: Para una onda armónica transversal: \(y(x,t)=A\sin(kx-\omega t)\). Distancia entre dos crestas consecutivas = \(\lambda\). Amplitud = \(A\). Período \(T=2\pi/\omega\). Frecuencia \(f=1/T\). Velocidad \(v=f\lambda\).
Paso 2: Descripción de la gráfica (onda transversal viajera): Dibuje un eje horizontal x (posición) y un eje vertical y (desplazamiento). Marque picos hacia arriba como crestas y picos hacia abajo como valles.
Paso 3: Ubicación de la amplitud: Desde la línea de equilibrio (y=0) hasta una cresta. Esa distancia es \(A\). Marque una flecha vertical desde y=0 hasta la cresta y escriba “Amplitud = A”.
Paso 4: Longitud de onda \(\lambda\): Marque dos crestas consecutivas, mida la distancia horizontal entre ellas; esa distancia es \(\lambda\). Escriba “\(\lambda\)” entre las dos crestas.
Paso 5: Período y frecuencia: El período \(T\) es el tiempo que tarda un punto fijo en el espacio en completar una oscilación completa (por ejemplo, pasar de cresta a cresta en tiempo). La frecuencia \(f=1/T\) es cuántas oscilaciones por segundo. En la gráfica espacial no se ve el tiempo explícito; explique que si grabamos y observamos un punto fijo x0, el tiempo entre dos máximos sucesivos que produce ese punto es \(T\).
Paso 6: Nodos (si se entrena una cuerda con extremos fijos – onda estacionaria): Para una cuerda en resonancia, los nodos son los puntos fijos donde la amplitud es cero permanentemente. En la gráfica espacial de una forma de onda estacionaria dibuje puntos sobre la línea de equilibrio donde la curva siempre pasa por cero; esos son nodos. Entre nodos aparecen antinodos (crestas y valles máximos).
Paso 7: Frecuencia práctica: Si se observa un movimiento con 2 oscilaciones en 0.5 s, entonces \(T=0.25\,\mathrm{s}\) y \(f=4\,\mathrm{Hz}\). Use \(v=f\lambda\) para obtener la velocidad si conoce \(\lambda\).
Resultado final: \( \boxed{\text{En la gráfica: crestas = picos positivos, valles = picos negativos, A = distancia desde 0 hasta pico, }\lambda=\text{distancia entre crestas, }T=\text{tiempo entre oscilaciones en un punto, }f=1/T, \text{nodos = puntos con amplitud 0 en una onda estacionaria.}} \)