Ondas

Tipos de ondas

Una onda es una perturbación en el espacio que transporta energía, pero no materia. Según el tipo de energía que se propaga, las ondas pueden ser:

• Mecánicas: Transportan energía mecánica y necesitan un medio material para propagarse. Ejemplos: ondas en cuerdas, en el agua, etc.
• Electromagnéticas: Transportan energía electromagnética. No necesitan un medio material para propagarse, pudiendo hacerlo en el vacío. Ejemplos: la luz, ondas de radio, etc.

Clasificación según la dirección de propagación y vibración

• Longitudinales: Cuando la dirección de propagación y la dirección de vibración coinciden.
• Transversales: Cuando la dirección de propagación de la onda y la dirección de vibración de las partículas o campos son perpendiculares.

La ecuación de una onda armónica transversal que se propaga en sentido positivo del eje X es: y(x,t)…

Tipo de onda

Es una onda armónica, transversal y viajera; las partículas vibran en el eje Y y la onda se propaga en el sentido positivo del eje X (las direcciones son perpendiculares).

Doble periodicidad de las ondas

• Espacial: Dos puntos cualesquiera separados por una distancia igual a un múltiplo de la longitud de onda (λ) están en el mismo estado de vibración.
• Temporal: Un punto x cualquiera de la onda tiene el mismo estado de vibración en un instante t y en todos los tiempos (t+T, etc.)

Ondas estacionarias

Una onda estacionaria es la onda resultante de la superposición o interferencia de dos ondas de igual amplitud y frecuencia que se propagan en sentidos opuestos.

La onda resultante tendrá una amplitud máxima de 2A en los puntos llamados vientres y una amplitud nula en los puntos llamados nodos. Los demás puntos de la onda tendrán amplitudes comprendidas entre 0 y 2A, donde A es la amplitud de las ondas viajeras que han interferido.

Movimiento Armónico Simple

Para un movimiento armónico simple concreto, los valores de A, ω e φ son constantes del movimiento. De estos valores, los parámetros que pueden variar de un movimiento a otro para el mismo oscilador son la amplitud y la fase inicial. Es decir, ω es una propiedad característica del oscilador. La energía de un oscilador armónico simple se mantiene constante, ya que la fuerza elástica es conservativa. La suma de su energía cinética y su energía potencial elástica es siempre la misma.

Electromagnetismo

Flujo magnético

Se define la magnitud flujo magnético para poder medir el número de líneas de campo magnético que atraviesan un circuito cerrado.

Ley de Lenz

La fuerza electromotriz inducida en una espira crea una intensidad de corriente que se opone al cambio en el número de líneas de campo magnético producido en la misma.

Ley de Faraday-Lenz

La fuerza electromotriz inducida en una espira intenta contrarrestar el cambio producido en el número de líneas de campo que la atraviesan. Esta expresión se utilizará cuando el flujo sea una función del tiempo. Puede variar de tres formas: variando el campo magnético, variando la superficie de la espira, o variando el ángulo que forman los vectores B y S.

Espira que gira con velocidad angular constante en un campo uniforme

La producción de corriente alterna tiene lugar cuando se hace girar una espira, utilizando la energía del agua, del viento, etc., dentro de un campo magnético. Como el flujo que atraviesa la espira aumenta y disminuye de manera periódica, la fuerza electromotriz inducida en ella cambia su signo de manera periódica también, dando lugar a una corriente alterna que cambia su sentido periódicamente.

Interacciones electromagnéticas

Ley de Lorentz

La fuerza que experimenta una partícula con carga que penetra con una velocidad v en un campo magnético uniforme viene dada por esta ley. De esta ley se deduce que si la partícula no tiene carga, o los vectores B y v son paralelos o antiparalelos, dicha partícula no experimentará ninguna fuerza al penetrar en un campo magnético (si la partícula estuviera en reposo en el campo, tampoco experimentará ninguna fuerza). En el caso contrario, la partícula experimentará una fuerza perpendicular al plano formado por los vectores v y B, que le proporcionará una aceleración normal, haciendo que la partícula describa una circunferencia de radio r, sin modificar el valor numérico de la velocidad. Si aplicamos la segunda ley de Newton a la partícula, obtendremos el valor del radio.

Campo magnético creado por un hilo conductor recto e indefinido

Por este hilo circula una intensidad de corriente, que viene dada por la ley de Biot-Savart, donde μ₀ es la permeabilidad magnética del vacío, I es la intensidad de corriente que circula por el hilo, y R es la distancia medida perpendicularmente entre el hilo y el punto donde se calcula el campo. El sentido del campo viene dado por la regla de la mano derecha. Si hay varios hilos, aplicaremos el principio de superposición para calcular el campo en un punto del espacio.

Ley de Lorentz para un hilo de corriente

Si un hilo de corriente por el que circula una intensidad I se encuentra dentro de un campo magnético B, experimentará una fuerza dada por la ley de Lorentz para un hilo de corriente, donde l es un vector de módulo igual a la longitud del hilo, y dirección y sentido dados por la intensidad.

Fuerza entre dos hilos de corriente

Cuando un hilo de corriente recto e indefinido, por el que circula una intensidad I₁, se encuentra situado a una distancia d de otro hilo por el que circula una intensidad I₂, experimentará una fuerza debido al campo magnético que el hilo por el que circula I₁ crea donde está el hilo con I₂. Lo mismo le ocurrirá al hilo por el que circula I₁: experimentará una fuerza debido al campo que crea el hilo de I₂.

Las fuerzas serán de atracción cuando las intensidades de ambos hilos tengan el mismo sentido, y de repulsión cuando las intensidades tengan sentidos contrarios. Debido al principio de acción y reacción, cada hilo experimentará una fuerza numéricamente igual, pero de sentido contrario (tercera ley de Newton).

Etiquetas: Electromagnetismo, física, flujo magnético, movimiento armónico simple, Ondas