ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
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Son aquellas ondas que no necesitan un medio material para propagarse. Incluyen, entre otras, la luz visible y las ondas de radio, televisión y telefonía.
Transmisión
de radio y radiación de calor, esto es las ondas electromagnéticas que no
necesitan de un medio
Para propagarse.
La radiación electromagnética es una combinación de campos
eléctricos y magnéticos oscilantes, que se propagan a través del espacio
transportando energía de un lugar a otro.
Todas se propagan en el vacío a una
velocidad constante, muy alta (300 0000 km/s) pero no infinita. Gracias a ello
podemos observar la luz emitida por una estrella lejana hace tanto tiempo que
quizás esa estrella haya desaparecido ya. O enterarnos de un suceso que ocurre
a miles de kilómetros prácticamente en el instante de producirse.
Las ondas electromagnéticas se
propagan mediante una oscilación de campos eléctricos y magnéticos. Los campos
electromagnéticos al "excitar" los electrones de nuestra retina, nos
comunican con el exterior y permiten que nuestro cerebro "construya"
el escenario del mundo en que estamos.
Las O.E.M. son también soporte de las telecomunicaciones y el funcionamiento complejo del mundo actual.
Las O.E.M. son también soporte de las telecomunicaciones y el funcionamiento complejo del mundo actual.
ORIGEN Y
FORMACIÓN
Las cargas
eléctricas al ser aceleradas originan ondas electromagnéticas
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El campo E originado por la carga acelerada depende de la
distancia a la carga, la aceleración de la carga y del seno del ángulo que
forma la dirección de aceleración de la carga y al dirección al punto en que
medimos el campo( sen q).
Un campo electrico variable engendra
un campo magnético variable y este a su vez uno electrico, de esta forma las
o. e.m. se propagan en el vacio sin soporte material
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CARACTERÍSTICAS
de LA RADIACIÓN E.M.
- Los campos producidos por las cargas en
movimiento puden abandonar las fuentes y viajar a través del espacio ( en
el vacio) creándose y recreándose mutuamente. Lo explica la tercera y
cuarta ley de Maxwell.
- Las radiaciones electromagnéticas se propagan en el vacio a la velocidad de la luz "c". Y justo el valor de la velocidad de la luz se deduce de las ecuaciones de Maxwell, se halla a partir de dos constantes del medio en que se propaga para las ondas electricas y magnética .
- Los campos electricos y magnéticos son
perpendiculares entre si ( y perpendiculares a la dirección de
propagación) y estan en fase: alcanzan sus valores máximos y mínmos al
mismo tiempo y su relación en todo momento está dada por E=c· B
- El campo eléctrico procedente de un dipolo está
contenido en el plano formado por el eje del dipolo y la dirección de
propagación. El enunciado anterior también se cumple si sustituimos el eje
del dipolo por la dirección de movimiento de una carga acelerada
- Las ondas electromagnéticas son todas
semejantes ( independientemente de como se formen) y sólo se diferencian e
n su longitud de onda y frecuencia. La luz es una onda electromagnética
- Las ondas electromagnéticas transmiten energía
incluso en el vacio. Lo que vibra a su paso son los campos eléctricos y
magnéticos que crean a propagarse. La vibracion puede ser captada y esa
energía absorberse.
- Las intensidad instantánea que posee una onda
electromagnética, es decir, la energía que por unidad de tiempo atraviesa
la unidad de superficie, colocada perpendicularmente a la direción de
propagación es: I=c· eoE2.
La intensidad media que se propaga es justo la mitad de la expresión
anterior.
- La intensidad de la onda electromagnética al espandirse en el espacio disminuuye con el cuadrado de la distancia y como "I "es proporcional a E2 y por tanto a sen2Q . Por lo tanto existen direcciones preferenciales de propagación}
ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO
Las
ondas electromagnéticas se agrupan bajo distintas denominaciones según su
frecuencia, aunque no existe un límte muy presiso para cada grupo. Además, una
misma fuente de ondas electromagfnéticas puede generar al mismo tiempo ondas de
varios tipos.
- Ondas de radio:
son las utilizadas en telecomunicaciones e incluyen las ondas de radio y
televisión. Su frecuencia oscila desde unos pocos hercios hasta mil
millones de hercios. Se originan en la oscilación de la carga eléctrica en
las antenas emisoras (dipolo radiantes).
- Microondas: Se
utilizan en las comunicaciones del radar o la banda UHF ( Ultra High
Frecuency) y en los hornos de las cocinas. Su frecuencia va desde los
milmillones de hercios hasta casi el billon.Se producen en oscilaciones
dentro de un aparato llamado magnetrón. El magnetrón es una cavidad
resonante formada por dos imanes de disco en los extremos, donde los
electrones emitidos por un cátodo son acelerados originado los campos
electromagnéticos oscilantes de la frecuencia de microondas.
- Infrarrojos: Son emitidos
por los cuerpos calientes. Los transitos energéticos implicados en
rotaciones y vibraciones de las moléculas caen dentro de este rango de
frecuencias. Los visores nocturnos detectan la radiación emitida por los
cuerpos a una temperatura de 37 º .Sus frecuencias van desde 10 11Hz
a 4·1014Hz. Nuestra piel también detecta el calor y por lo
tanto las radiaciones infrarrojas.
- Luz visible: Incluye
una franja estrecha de frecuencias, los humanos tenemos unos sensores para
detectarla ( los ojos, retina, conos y bastones). Se originan en la
aceleración de los electrones en los tránsitos energéticos entre órbitas
permitidas. Entre 4·1014Hz y 8·1014Hz
- Ultravioleta: Comprende
de 8·1014Hz a 1·1017Hz. Son producidas por saltos de
electrones en átomos y molécualas excitados. Tiene el rango de energía que
interviene en las reacciones químicas. El sol es una fuente poderosa de
UVA ( rayos ultravioleta) los cuales al interaccionar con la atmósfera
exterior la ionizan creando la ionosfera. Los ultravioleta puden destruir
la vida y se emplean para esterilizar. Nuestra piel detecta la radiación
ultravioleta y nuestro organismo se pone a fabricar melanina para
protegernos de la radiación. La capa de ozono nos proteje de los UVA.
- Rayos X: Son producidos
por electrones que saltan de órbitas internas en átomos pesados. Sus
frecuencias van de 1'1·1017Hz a 1,1·1019Hz. Son
peligrosos para la vida: una exposición prolongada produce cancer.
- Rayos gamma: comprenden frecuencias mayores de 1·1019Hz. Se origina en los procesos de estabilización en el núcleo del átomo después de emisiones radiactivas. Sus radiación es muy peligrosa para los seres vivos.
REFLEXION DE ONDAS
Ahora
veremos que sucede con una onda al llegar a un
extremo
que la confina; para este estudio
consideraremos
una perturbación en una cuerda,
primero
veremos cuando el extremo esta rígidamente
atado
a la pared y la cuerda no tienen posibilidad de
desplazamiento
en ese punto. Luego veremos el caso
en
que la cuerda tiene posibilidad de desplazamiento
vertical
en el punto de atadura. Esta propiedad de las
ondas
que aquí introducimos se aplica a todas las
ondas.
Primer Caso.-
Extremo fijo
Cuando
el pulso de una onda llega al extremo más alejado de una cuerda que esta fija a
una pared en ese extremo, la onda no se detiene repentinamente, sino que es
reflejada. Si no se disipa energía en el extremo
Lejano
de la cuerda, la onda reflejada tiene una magnitud igual a la de la onda
incidente; sin embargo,
la
dirección de desplazamiento se invertirá (vea figura). Esta inversión sucede
porque a medida que el
pulso
encuentra la pared, la fuerza hacia arriba del pulso en el extremo tira hacia
arriba sobre la pared.
Como
resultado, de acuerdo con la tercera ley de Newton, la pared tira hacia abajo
sobre la cuerda. Esta
fuerza
de reacción hace que la cuerda estalle hacia abajo, iniciando un pulso
reflejado que se aleja con una
amplitud
invertida (o negativa).
Segundo Caso.- Extremo
Libre
Si
la cuerda tiene libertad para moverse en su extremo
lejano.
De nuevo, un pulso de onda que viaja a lo largo
de
la cuerda se refleja cuando alcanza ese extremo (vea
figura).
Pero en este caso vemos que la onda reflejada
tiene
la misma dirección de desplazamiento que la
onda
incidente. A medida que el pulso alcanza el
extremo
de la cuerda, ésta se mueve en respuesta al
pulso.
A medida que el extremo de la cuerda empieza a
regresar
a su posición, inicia un pulso inverso a lo
largo
de la cuerda, justamente como si el movimiento
final
se debiera a alguna fuerza externa. El resultado es
un
pulso exactamente igual al pulso de onda incidente.
Pero
viajando en el sentido contrario.
FORMACION DE UNA
ONDA DE CHOQUE
Hemos
visto en el efecto Doppler que los frentes de
onda
producidos por una fuente de sonido en
movimiento
están comprimidos en la dirección hacia la
cual
está viajando la fuente. A medida que aumenta la
velocidad
de la fuente, la compresión se hace más
pronunciada.
¿Qué sucede cuando la velocidad de la
fuente
empieza a hacerse mayor que la velocidad de la
onda?
En este caso, la fuente se mueve más aprisa que
las
ondas y los argumentos usados para describir el
efecto
Doppler ya no son aplicables más. En su lugar,
las
ondas esf6ricas expandiéndose desde la fuente t
posiciones
posteriores a lo largo de la trayectoria de la
fuente,
se combinan todas formando un frente de onda
único
cónico que se conoce como onda de choque
(véase
la figura). Como la onda de choque está
compuesta
por muchos frentes de onda actuando
juntos,
tiene una gran amplitud.
Para
el tiempo t
= 0 la fuente emite una onda desde el
punto O En un tiempo posterior t, el frente de la onda
se
ha expandido a un radio r =
vt
y la fuente ha viajado a una distancia v,t
para alcanzar al punto S. Frentes de
onda
posteriores también se expanden como se indica en la figura anterior, de manera
que a ese tiempo t
alcanzan
justamente la línea tangente que se dibuja desde S al frente de onda centrado
en O. La envolvente resultante de frentes de onda forma un cono con un
semiángulo θ dado por
senθ = vt = vt
= v
vft vf
La
relación v
v f
, llamada número Mach, se usa
frecuentemente para dar la velocidad en términos de la
velocidad
del sonido. Así una velocidad de 1,5 veces la velocidad del sonido se denota
como Mach 1,5.
Cuando
la onda de choque es producida por un aeroplano que se mueve a una velocidad
mayor que la
velocidad
del sonido, es decir, a velocidad supersónica, la onda de choque se conoce como
explosión sónica.
En
la figura siguiente se muestra la onda de choque producida en el aire por un
aeroplano supersónico que
se
mueve a Mach 1,1. Nótese que además de la onda de choque producida en el
extremo frontal, en la parte
posterior
del aeroplano aparecen ondas de choque menores. Una nave a alta velocidad
produce dos o más
ondas
de choque, las cuales están asociadas con la nariz, la cola y otras
proyecciones de la nave.
Los
aviones supersónicos producen ondas de choque que se escuchan como explosiones
sónicas.
RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA
Ondas producidas por la oscilación o la aceleración de una carga eléctrica.
Las ondas electromagnéticas tienen componentes eléctricos y magnéticos. La
radiación electromagnética puede ordenarse en un espectro que se extiende desde
ondas de frecuencias muy elevadas (longitudes de onda pequeñas) hasta
frecuencias muy bajas (longitudes de onda altas). La luz visible es sólo una
pequeña parte del espectro electromagnético. Por orden decreciente de
frecuencias (o creciente de longitudes de onda), el espectro electromagnético
está compuesto por rayos gamma, rayos X duros y blandos, radiación
ultravioleta, luz visible, rayos infrarrojos, microondas y ondas de radio. Los
rayos gamma y los rayos X duros tienen una longitud de onda de entre 0,005 y
0,5 nanómetros (un nanómetro, o nm, es una millonésima de milímetro). Los rayos
X blandos se solapan con la radiación ultravioleta en longitudes de onda
próximas a los 50 nm. El ultravioleta, a su vez, da paso a la luz visible, que
va aproximadamente desde 400 hasta 800 nm. Los rayos infrarrojos o
"radiación de calor" (véase Transferencia de calor) se solapan con
las frecuencias de radio de microondas, entre los 100.000 y 400.000 nm. Desde
esta longitud de onda hasta unos 15.000 metros, el espectro está ocupado por
las diferentes ondas de radio; más allá de la zona de radio, el espectro entra
en las bajas frecuencias, cuyas longitudes de onda llegan a medirse en decenas
de miles de kilómetros.
POTENCIA DE UNA ONDA EN UNA CUERDA
En un punto x de la cuerda hay una masa 
.
La energía potencial elástica de esta sección de la cuerda es:
.
La energía potencial elástica de esta sección de la cuerda es:
Para una onda senoidal se tiene:
La energía cinética del mismo punto de la cuerda es:
Para una onda senoidal tenemos:
La energía total, por unidad de tiempo es:
LA DIFRACCIÓN
Las ondas son capaces de traspasar orificios y bordear obstáculos
interpuestos en su camino. Esta propiedad característica del comportamiento
ondulatorio puede ser explicada como consecuencia del principio de Huygens y
del fenómeno de interferencias.
Así, cuando una fuente de ondas alcanza una placa con un orificio o rendija
central, cada punto de la porción del frente de ondas limitado por la rendija
se convierte en foco emisor de ondas secundarias todas de idéntica frecuencia.
Los focos secundarios que corresponden a los extremos de la abertura generan
ondas que son las responsables de que el haz se abra tras la rendija y bordee
sus esquinas. En los puntos intermedios se producen superposiciones de las
ondas secundarias que dan lugar a zonas de intensidad máxima y de intensidad
mínima típicas de los fenómenos de interferencias.
Ambos fenómenos que caracterizan la difracción de las ondas dependen de la
relación existente entre el tamaño de la rendija o del obstáculo y la longitud
de onda. Así, una rendija cuya anchura sea del orden de la longitud de la onda
considerada, será completamente bordeada por la onda incidente y, además, el
patrón de interferencias se reducirá a una zona de máxima amplitud idéntica a
un foco. Es como si mediante este procedimiento se hubiera seleccionado uno de
los focos secundarios descritos por Huygens en el principio que lleva su
nombre.
Relación del movimiento ondulatorio con la energía.
En un movimiento ondulatorio no hay un
flujo de materia sino una propagación de vibración y por lo tanto de energía,
desde el punto en que se origina. La energía se transmite de una partícula a la
siguiente y así sucesivamente. La onda llega a una partícula del medio y la
hace oscilar como si estuviera unida a un muelle.
Toda partícula que oscila tiene una energía que es la suma de la energía cinética y la potencial y la oscilación al arrastrar a las partículas vecinas crea un movimiento ondulatorio que es el reflejo de la propagación de la energía.
Toda partícula que oscila tiene una energía que es la suma de la energía cinética y la potencial y la oscilación al arrastrar a las partículas vecinas crea un movimiento ondulatorio que es el reflejo de la propagación de la energía.
Con la materia
En general no hay movimiento de materia. Por ejemplo si pensas en
el sonido, este es un movimiento ondulatorio de aire pero, este no se traslada
o transporta. En realidad cada partícula de aire realiza un movimiento
ondulatorio, el cual es transmitido a su partícula vecina, y de esa manera se
propaga el sonido, pero las partículas, quedan en su posición original.
Lo mismo en el movimiento de una cuerda cuando la sacudes repentinamente, ahí podes ver claramente que las partículas de la soga siempre están en su lugar, sin embargo estas realizan un movimiento ondulatorio, gracias a la energía y movimiento que se transmite unas a otras.
Lo mismo en el movimiento de una cuerda cuando la sacudes repentinamente, ahí podes ver claramente que las partículas de la soga siempre están en su lugar, sin embargo estas realizan un movimiento ondulatorio, gracias a la energía y movimiento que se transmite unas a otras.
Tiempo Como todo
movimiento
ondulatorio,
el sonido puede representarse mediante la radiada al medio en forma de ondas
por unidad de tiempo por una fuente
determinada.
Espacio.
Movimientos
ondulatorios se
propagan por la misma región del espacio.
Bibliografia:
......Ondas Electromagneticas:
http://www.ecured.cu/index.php/Ondas_electromagn%C3%A9ticas
......Radiacion Electromagnetica:
http://astrojem.com/radiacionelectromagnetica.html
......Potencia de una Onda en una Cuerda:
Bibliografia:
......Ondas Electromagneticas:
http://www.ecured.cu/index.php/Ondas_electromagn%C3%A9ticas
......Radiacion Electromagnetica:
http://astrojem.com/radiacionelectromagnetica.html
......Potencia de una Onda en una Cuerda:
Ana patricia Santiago martinez
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