Oscilaciones Y Ondas

Introducción

Un movimiento cualquiera que se repite a intervalos iguales de tiempo se le llama “movimiento periódico”. Si un sistema en particular, que posee movimiento periódico, se mueve alternativamente en uno y otro sentido siguiendo la misma trayectoria se le denominara “movimiento oscilatorio o vibratorio”. Por ejemplo el péndulo de un reloj, una masa suspendida de un resorte y separada de su posición de equilibrio, la cuerda de un instrumento musical, un átomo en una red cristalina a una dada temperatura, etc. representan movimientos oscilatorios.

Movimiento oscilatorio

Es aquel movimiento en el cual el cuerpo se mueve hacía uno y otro lado respecto a una posición de equilibrio, o decir efectúa un movimiento de vaivén.

Movimiento armónico simple (M.A.S.)

Es aquel movimiento oscilatorio que se repite en intervalos iguales de tiempo y además se realiza en una trayectoria con tendencia a la línea recta.

Ilustración.

Conceptos importantes

Oscilación Simple.- Es el movimiento que realiza un cuerpo al ir de una posición extrema hasta la otra (ABCD).

Oscilación Doble o Completa.- Es el movimiento que realiza un cuerpo en ir de una posición extrema a la otra y luego regresar a la primera (ABCDCBA).

Período (T).- Es el tiempo que emplea un cuerpo en realizar una oscilación completa.

Frecuencia (f).- Es el número de oscilaciones completas que realiza un cuerpo en cada unidad de tiempo (f = 1/T).

Elongación (x).- Es la distancia existente entre la posición de equilibrio y el cuerpo en un instante cualquiera.

Amplitud (A).- Es la distancia existente entre la posición de equilibrio y cualquiera de las posiciones extremas.

Expresiones matemáticas importantes

Ley de Hooke.- “La fuerza deformadora es directamente proporcional a la deformación”

FD = K.x

FD : fuerza deformadora

K : constante propio de resorte (N/m)

x : elongación (deformación)

Período de Oscilación: ( T = t1 + t2)

Velocidad (v):

Aceleración (a):

Péndulo simple

El péndulo simple es aquel dispositivo que está constituido por una masa de pequeñas dimensiones, suspendida de un hilo inextensible y de peso despreciable. Cuando la masa se desvía hacia un lado de su posición de equilibrio y se abandona, oscila alrededor de esa posición con un movimiento oscilatorio y periódico, cuya trayectoria es casi una línea recta si el ángulo  entre la posición ex-trema y la posición de equilibrio no sobrepasa los 15 grados.

Leyes del péndulo simple

1º El período no depende de la masa que oscila.

2º El período es directamente proporcional a la raíz cuadrada de la longitud del péndulo.

3º El período es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la aceleración de la gravedad.

Ondas

A partir del estudio de oscilaciones se puede desarrollar el estudio de ondas. El movimiento ondulatorio aparece en numerosos campos de al física, ejemplos cotidianos son el sonido, la luz, ondas en el agua, etc. Trabajaremos con ondas en medios elásticos, llamadas ondas mecánicas, dejando para un estudio posterior las ondas electromagnéticas.

Las ondas mecánicas se originan al desplazarse una porción de un medio elástico respecto de su posición de equilibrio, de esta manera fuerzas de restitución la harán oscilar generando una perturbación que se trasmite a porciones vecinas del medio como una onda viajera.

Debemos tener en claro que si bien la perturbación viaja a través del medio este no lo hace como un todo, diversas partes de él oscilan en trayectorias limitadas transmitiendo esta onda.

Puede verse que esta es una manera de transmitir información (energía) a grandes distancias. Para la transmisión de ondas mecánicas es necesario un medio material, por ejemplo: ondas en el agua, en una cuerda o en un resorte, en cambio para la transmisión de una onda electromagnética no es necesario tal medio, por ejemplo la luz de las estrellas.

Ondas transversales y longitudinales

Las ondas pueden clasificarse en ondas longitudinales o transversales ya sea la perturbación que la genera perpendicular o transversal a la dirección de propagación de la onda.

En las figuras 2 y 3 se

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