En este trabajo observaremos y estudiaremos en que consisten las leyes de reflexión

Introducción

En este trabajo observaremos y estudiaremos en que consisten las leyes de reflexión, refracción y dispersión de las ondas, los fenómenos de estos mismos y sus elementos principales  

Siendo el primero como las ondas reflejadas en una superficie. El segundo también conocido como Ley de Snell, la que postula: una onda viajando por un medio, encuentra a su paso otro medio con características diferentes, penetra en el experimentando el fenómeno de la refracción.

Y el tercero cuando una onda pasa por el vacío, la velocidad de esta es la misma pero las longitudes de onda varían.

Además conocer sobre la superposición de ondas y sus diferentes secciones.

1. Modificación en las Dirección de desplazamiento de una Onda.

Una onda es una perturbación que avanza o que se propaga en un medio material o incluso en el vacío. A pesar de la naturaleza diversa de las perturbaciones que pueden originarlas, todas las ondas tienen un comportamiento semejante. El sonido es un tipo de onda que se propaga únicamente en presencia de un medio que haga de soporte de la perturbación. Los conceptos generales sobre ondas sirven para describir el sonido, pero, inversamente, los fenómenos sonoros permiten comprender mejor algunas de las características del comportamiento ondulatorio

Cuando una onda plana viaja en un medio elástico y homogéneo, la dirección de su propagación será rectilínea. Sin embargo, cuando la onda se encuentra con una frontera de separación de dos medios distintos, su dirección de desplazamiento se modifica pudiendo producirse los fenómenos de reflexión, refracción y/o dispersión de la onda.

[pic 1]

1.1 Reflexión

Cuando una onda alcanza la superficie de separación de dos medios de distinta naturaleza se producen, en general, dos nuevas ondas, una que retrocede hacia el medio de partida y otra que atraviesa la superficie límite y se propaga en el segundo medio. El primer fenómeno se denomina reflexión y el segundo recibe el nombre de refracción.

Entonces la reflexión de una onda se define como el rebote que experimenta cuando llega a un obstáculo grande, como una pared. Aunque el obstáculo absorba parte de la energía recibida (incluso vibrando si entra en resonancia) se produce también reflexión en la que se transmite de vuelta parte de la energía a las partículas del medio incidente.

En las ondas mono dimensionales como las producidas por la compresión de un muelle, la reflexión lleva consigo una inversión del sentido del movimiento ondulatorio. En las ondas bi o tridimensionales la inversión total se produce únicamente cuando la incidencia es normal, es decir, cuando la dirección, en la que avanza la perturbación es perpendicular a la superficie reflectante. Si la incidencia es oblicua se produce una especie de rebote, de modo que el movimiento ondulatorio reflejado cambia de dirección, pero conservando el valor del ángulo que forma con la superficie límite.

En el caso de las ondas sonoras, la reflexión en una pared explica el fenómeno del eco. Si la distancia a la pared es suficiente, es posible oír la propia voz reflejada porque el tiempo que emplea el sonido en ir y volver permite separar la percepción de la onda incidente de la reflejada. El oído humano sólo es capaz de percibir dos sonidos como separados si distan uno respecto del otro más de 0,1 segundos, de ahí que para que pueda percibiese el eco la superficie reflectiva debe estar separada del observador 17 metros por lo menos, cantidad que corresponde a la mitad de la distancia que recorre el sonido en el aire en ese intervalo de tiempo (17 m = 340 m/s · 0,1 s/2).

En los espacios cerrados, como las salas, el sonido una vez generado se refleja sucesivas veces en las paredes, dando lugar a una prolongación por algunos instantes del sonido original. Este fenómeno se denomina reverberación y empeora las condiciones acústicas de una sala, puesto que hace que los sonidos anteriores se entremezclen con los posteriores. Su eliminación se logra recubriendo las paredes de materiales, como corcho o moqueta, que absorben las ondas sonoras e impiden la reflexión.

La reflexión se rige por dos leyes:

• El rayo incidente, el reflejado y la normal a la superficie en el punto de incidencia están en el mismo plano.
• El ángulo del rayo incidente iˆ y el de reflexión rˆ son iguales iˆ=rˆ. Por lo que sen iˆ=sen rˆ

[pic 2]

El ángulo que forman la onda incidente y la reflejada con la normal a la superficie de separación (en color rojo) es el mismo. Hemos representado los frentes de onda de la onda incidente en color azul y los de la reflejada en color verde.

En la reflexión no cambia la velocidad de la onda v, ni su frecuencia f, ni su longitud de onda λ.

1. Refracción

El fenómeno de la refracción supone un cambio en la velocidad de propagación de la onda, cambio asociado al paso de un medio a otro de diferente naturaleza o de diferentes propiedades. Este cambio de velocidad da lugar a un cambio en la dirección del movimiento ondulatorio. Como consecuencia, la onda refractada se desvía un cierto ángulo respecto del incidente.

 La refracción se presenta con cierta frecuencia debido a que los medios no son perfectamente homogéneos, sino que sus propiedades y, por lo tanto, la velocidad de propagación de las ondas en ellos, cambian de un punto a otro. La propagación del sonido en el aire sufre refracciones, dado que su temperatura no es uniforme. En un día soleado las capas de aire próximas a la superficie terrestre están más calientes que las altas y la velocidad del sonido, que aumenta con la temperatura, es mayor en las capas bajas que en las altas. Ello da lugar a que el sonido, como consecuencia de la refracción, se desvía hacia arriba. En esta situación la comunicación entre dos personas suficientemente separadas se vería dificultada. El fenómeno contrario ocurre durante las noches, ya que la Tierra se enfría más rápidamente que el aire.

Se rige por dos leyes:

• El rayo incidente, el refractado y la normal a la superficie en el punto de incidencia están en el mismo plano
• La ley de Snell de la refracción, que marca la relación entre el ángulo de incidencia iˆ, el de refracción rˆ, y las velocidades de las ondas en los medios 1 y 2, v1 y v2, según: el cociente entre el seno del ángulo que forma el frente de la onda incidente con la superficie de separación y el seno del ángulo forma la onda refractada con la superficie de separación, es igual al cociente entre las rapideces de propagación entre dichos medios. Además, el rayo incidente, el refractado y la normal al plano en el punto de incidencia están en el mismo plano.

[pic 3]

Siendo n2, 1, el índice de refracción del segundo medio respecto al primero, una constante adimensional. 

La ley de Snell fue descubierta experimentalmente en 1621 por el científico Holandés Willebrord Snel van Royen (1580 - 1626), más comúnmente conocido como Snell. Fue Huygens quien dio una explicación a esta ley experimental, permitiéndonos así deducirla a partir del principio de Huygens.

[pic 4]

La refracción ocurre cuando una onda pasa de un medio con una determinada velocidad a otro con una distinta. Observa, en la imagen de la izquierda, que cuando v21 el rayo se acerca a la normal. En la imagen de la derecha vemos que cuando v12 la dirección de propagación se aleja de la normal.

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