De las oscilaciones a las ondas
En esta página vamos a conectar dos capítulos importantes, las oscilaciones y las ondas. Para ello, vamos a estudiar el comportamiento de un sistema formado por muchas partículas y muelles. Se van a poner de manifiesto distintas situaciones que volveremos a ver para un sistema continuo, en el capítulo dedicado al Movimiento Ondulatorio
Se tratará de observar estas situaciones y describir cualitativamente sus características más sobresalientes, para lo cual bastará examinar el comportamiento de un sistema compuesto 10 o más partículas.
Propagación de un pulso
En primer lugar, examinamos el comportamiento de un sistema de muchas partículas y muelles, cuando la primera partícula se desvía de su posición de equilibrio y se suelta a continuación.
Veremos que el movimiento de la primera partícula se transmite a la segunda y de ésta a la tercera, y así sucesivamente. El resultado es la propagación de un pulso.
En el applet que sigue a continuación, se tratará de determinar el tiempo que tarda el pulso en llegar a la última partícula del sistema y comprobar cualitativamente la dependencia de la velocidad de propagación del pulso en función de la constante elástica del muelle. Para apreciar mejor el movimiento de las partículas en la parte inferior de la ventana del applet se representa el desplazamiento de las mismas en función del tiempo.
Si miramos en la tabla que nos dan la propagación del sonido en un medio, nos daremos cuenta que la mayor velocidad de propagación corresponde a los sólidos, cuyos átomos están fuertemente unidos.
| Medio | Velocidad del sonido (m/s) |
| Hierro | 5130 |
| Granito | 6000 |
| Agua dulce | 1493 |
| Mercurio | 1450 |
| Aire | 331 |
| Hidrógeno | 1269 |
Actividades
Se introduce
- El número de partículas, en el control de edición titulado Número de partículas, por ejemplo, 20
- La constante del muelle, en el control de edición titulado Constante del muelle, por ejemplo, 0.5.
Se pulsa el botón titulado Empieza para comenzar la animación
En la esquina superior izquierda de la ventana del applet, se proporciona el tiempo, desde el momento en el que se desplazó la primera partícula y se soltó, y el desplazamiento de la última partícula.
La primer partícula se desplaza una unidad. Podemos decir que el pulso ha llegado a la última partícula cuando su desplazamiento sea por ejemplo, mayor o igual a 0.3 en valor absoluto.
Se cambia la constante del muelle, a un valor, por ejemplo de 1.0. ¿se modifica la velocidad de propagación?, es decir, ¿el tiempo medido es mayor o menor?.
Se pulsa el botón titulado Pausa para parar momentáneamente la animación. Se pulsa en el mismo botón titulado ahora Continua para reanudarla. Se pulsa varias veces en el botón titulado Paso, para examinar el comportamiento del sistema paso a paso.
Propagación de un movimiento ondulatorio armónico
Vamos a examinar el comportamiento del sistema formado por muelels y partículas cuando se aplica una fuerza oscilante a la primera partícula.
Los objetivos de este programa son idénticos a los de la propagación de un pulso, y las cuestiones que se plantean son semejantes:
- ¿Cuánto tiempo tarda la perturbación en llegar a la última partícula?,
- ¿Qué forma tiene la perturbación en cualquier instante?.
- Comparar lo que se ve en la simulación con la propagación de las ondas armónicas.
Actividades
Se introduce
- el número de partículas, en el control de edición titulado Número de partículas, por ejemplo, 20
- la constante del muelle, en el control de edición titulado Constante del muelle, por ejemplo, 0.5.
Se pulsa el botón titulado Empieza para comenzar la animación
En la esquina superior izquierda de la ventana del applet, se proporciona el tiempo, desde la aplicación de la fuerza oscilante y también, el desplazamiento de la última partícula.
La primer partícula se desplaza una unidad. Podemos decir que el pulso ha llegado a la última partícula cuando su desplazamiento sea por ejemplo, mayor o igual a 0.3 en valor absoluto.
Se cambia ahora la constante del muelle, a un valor por ejemplo de 1.0. ¿se modifica la velocidad de propagación?, es decir, ¿el tiempo medido es mayor o menor?.
Se pulsa el botón titulado Pausa para parar momentáneamente la animación. Se pulsa en el mismo botón titulado ahora Continua para reanudarla. Se pulsa varias veces en el botón titulado Paso, para examinar el comportamiento del sistema paso a paso.