Moviments Ondulatoris: Tipos, Características y Aplicaciones, Resúmenes de Física

¡Descarga Moviments Ondulatoris: Tipos, Características y Aplicaciones y más Resúmenes en PDF de Física solo en Docsity! TEMA 8: IMATGES 1. MOVIMENT ONDULATORI A. Les ones Els moviments ondulatoris no hi ha un transport de matèria, sinó només d’energia i quantitat de moviment. Definim com a focus emisor d’ones el conjunt de partícules del medi material on s’origina la pertorbació i com a receptor qualsevol punt del medi material on es pot rebre la pertorbació. Quan una partícula repeteix un moviment que s’esdevé a intervals de temps igual s’anomena moviment periòdic. Les ones poden transmetre de dues maneres diferents quan passen a través d’una molla, on les molècules oscil·len en la mateixa direcció que la pertorbació, i perpendicularment, com en el cas de la corda. El so també és una ona que quan parlem generem petites variacions de pressió que es transmeten a través de l’aire fins a arribar a cau de l’orella. Aquestes oscil·len en la mateixa direcció de propagació. Les anomenades ones primàries o ones P transmeten compressions i dilatacions de la roca i es propaguen per l’interior de la terra. Les ones secundàries o ones S consisteixen en la propagació d’ones de cisalla, les partícules es mouen en direcció perpendicular a la propagació de l’ona, i es propaguen per l’interior de la terra. Entenem que una ona és transversal quan el medi vibra perpendicularment a la direcció de propagació de l’ona. Són exemples la corda, l’aigua, la molla… Una ona és longitudinal quan el medi vibra en la mateixa direcció de propagació de l’ona. Són exemples el tub metàl·lic, els vagons… Tots aquests tipus d’ona necessiten un medi determinat per transmetre l’ona, s’anomenen ones mecàniques. Existeix una altre tipus d’ona que no necessita necessàriament un medi material per transmetre : les ones electromagnètiques. Es propaguen transversalment tan en el buit com en altres medis Definim el moviment ondulatori com un moviment en el qual no hi ha un transport net de matèria, sinó només de quantitat de moviment i d’energia. Diem que la quantitat de moviment i l’energia d’un moviment ondulatori es transmeten mitjançant ones de propagació, i anomenem focus emissor d’ones el conjunt de partícules del medi material on s’origina la pertorbació. El medi en que es propaguen les ones mecàniques interaccionen entre si per tal de transmetre l’energia ondulatòria; ho solen fer inelàsticament, i l'ona es veu esmorteïda a causa del fregament, cosa que fa que perdi amplitud d’oscil·lació. 2. CARACTERÍSTIQUES GENERALS DE LES ONES Cal distingir entre dos conceptes, però que alhora van lligats: - El moviment oscil·latori de les partícules del medi. - L’ona es transmet a través del medi d’aquesta oscil·lació. Té una determinada velocitat, que anomenem velocitat de fase. Anomenem cresta a la posició màxima d’una ona i vall a la posició mínima. A. Velocitat de fase És la velocitat amb què es transmeten les quantitats de moviment i d’energia des del focus emissor fins als diferents punts del nucli. En les ones mecàniques, com més alta la V f més dens és el el medi de propagació de l’ona. La Vf en les ones electromagnètiques és més petita en els medis densos. B. Front d’ona i raig El front d’ona és el conjunt de punts del medi als quals arriba la pertorbació en uns instant de temps determinat. Tots els punts continguts en un front d’ona estan en fase (mateix estat de vibració). Quan les ones són tridimensionals, els fronts d’ones són superfícies. Anomenem raig qualsevol sínia recta que sigui perpendicular a un front d’ona determinat. Els diferents raigs corresponen a diferents direccions de propagació de l’ona. Es representen amb línies amb fletxes. En les ones planes, els raigs són línies paral·leles, mentre que en les cilíndriques i esfèriques, són línies radials. C. Altres magnituds ondulatòries - Elongació y: és el desplaçament vertical de les partícules de l’aigua respecte de la posició d’equilibri. En general és el desplaçament de les partícules del medi respecte de la seva posició d’equilibri. Es mesura en m. - Amplitud A: és la màxima elongació. SI: metre - Període T: és el temps que tarda una partícula del medi a fer una oscil·lació completa. SI: s. Experimentalment podem obtenir-lo si cronometrem el temps que triga a passar una ona completa per un punt determinat de la cuberta d’ones. - Freqüència F: é el nombre d’oscil·lacions per segon que genera el moviment ondulatori. SI: HZ o s-1 T= 1 F - Longitud d’ona: és la distància que hi ha entre dos punts concrets consecutius que es troben en el mateix estat d’oscil·lació en el mateix instant de temps. SI: metre. Si situem una segona paret amb dues petites escletxes, aquestes també es comportaran com un nou focus emissor d’ones coherents, difracctant-se i produint interferències darrere la segona paret. Si darrere hi posem una pantalla, hi apareixen alternativament zones on té lloc interferències constructiva i punts on es dona interferència destructiva, zones que, d’acord amb la forma que tenen els escletxes, adopten sobre la pantalla la forma de granges il·luminades i franges fosques respectivament. Aquest experiment permet calcular les longituds d’ona dels diferents tipus de llum (colors), on cada longitud d’ona diferent, correspon a un color. A. ESPECTRE ELECTROMAGNÈTIC Les lleis de Maxwell Un camp magnètic variable en el temps dóna lloc a un camp elèctric i viceversa, prova que les propietats elèctriques i magnètiques de la matèria són originades per una única magnitud física: la càrrega elèctrica. Es va adonar que els camps elèctrics i magnètics són susceptibles de transmetre en forma d’ones transversals. Maxwell va anomenar ones electromagnètiques a aquest tipus d’ones, i la constatació teòrica que la seva velocitat de propagació era la velocitat de la llum va fer que es considerés, que la llum és un tipus d’ona electromagnètica. Per produir ones electromagnètiques cal disposar de càrregues elèctriques accelerades. Les ones electromagnètiques poden abastar un interval de freqüències molt ampli i es poden classificar d’acord amb la manera com es produeixeen; el conjunt de totes les ones electromagnètiques s’anomena espectre electromagnètic. La llum correspon a una petita franja d’aquest espectre. Quan un cos emet ones electromagnètiques, diem que emet radiació. - Ones de radiofreqüència: ones ràdio i televisió, són produïdes per dispositius electrònics. - Microones: generades per circuits electrònics, s’utilitzen en alguns sistemes de comunicació com el radar, i també en forns per produir energia calorífica. - Radiació infraroja: són emeses pels cossos calents i per les molècules en moviment. Tenen aplicacions en la indústria i la medicina, com en l’astronomia - Llum visible: el nostre ull hi és sensible i ha donat lloc a una branca de la física anomenada òptica. Es produeix pels salts dels electrons entre diferents nivells atòmics. El sol és una font important. - Radiació ultraviolada: produïdes en salts electrònics i per àtoms i molècules en descàrregues elèctriques. El sol és una font ja que són els responsables de que la nostra pell es torna bruna. - Raig X: es produïda principalment pels electrons que són franats ràpidament. - Raig gamma: radiació que transmet més energia. Són d’origen nuclear i produïts per substàncies radioactives. Quan són absorbides pels éssers vius, causen lesions cel·lulars ( trencament de nuclis atòmics). 5. PROPIETATS ONDULATÒRIES DE LA LLUM A. Reflexió i refracció En la reflexió, l’ona incident canvia la seva direcció de propagació quan arriba a la superfície de separació dels dos medis, però continua movent-se en el mateix medi, i dona lloc a la ona reflectida. Així, si anomenem V1 la velocitat de fase en el primer medi, tant l’ona incident com l’ona reflectida es propaguen amb la mateixa velocitat V1. En la refacció, en canvi, consisteix en una variació tant de la direcció de propagació de l’ona com del seu medi de transmissió. Per tant, si anomenem V2 la velocitat de fase en el segon medi, l’ona regractada es mou a aquesta velocitat V2. Els angles ⍺i, ⍺r, ⍺’ r ; s’anomenen respectivament, angle d’incidència, angle de reflexió i angle de refracció. Estan definides per les lleis següents: - Les direccions d’incidència, reflexió i refracció estan en un mateix pla. - Llei de reflexió angle d'incidència = angle de reflexió - Llei de la refracció o de Snell: sinα i sinα ' r = V 1 V 2 Definim índex de refracció n la velocitat de propagació de la llum en el buit i la velocitat de propagació de la llum en el medi v n= c v B. REFRACCIÓ DE LA LLUM. ANGLE LÍMIT L’angle límit és l’angle d’incidència pel qual l’angle de refracció és de 90º. Una aplicació d’aquest concepte la trobem en la fibra òptica, que consisteix en un filament molt llarg de material transparent pel qual es fa passar un petit feix de llum. Els raig entren per un extrem del filament amb un angle d'incidència bastant gran, se sobrepassa el valor de l’angle límit i es produeixen reflexions successives. Es transmet informació d’un punt a un altre en forma de senyals lluminosos. C. POLARITZACIÓ DE LA LLUM. POLARITZADORS. Els polaritzadors de la llum són substàncies que tenen la prioritat de ser travessades només per raigs de llum amb un pla d’oscil·lació del camp elèctric determinat i que absorbeixen la resta de raig. D. DIFUSIÓ La difusió és el fenomen segons la qual la radiació electromagnètica és parcialment absorbida pels àtoms del medi, i posteriorment, reemesa en totes direccions.