¿Qué es el fenómeno de resonancia?

Todo cuerpo o sistema tiene una, o varias, frecuencias características, depende mucho de la elasticidad del objeto o sistema en si o de la forma que este tiene. Cuando un sistema es excitado a una de sus frecuencias características, su vibración es la máxima posible.  Elfenómeno de resonancia se produce cuando la frecuencia angular de la fuerza externa coincide con la frecuencia natural de oscilación del sistema, con un aumento de la amplitud.

Un ejemplo muy sencillo de esto es: En 1850 un batallón de soldados franceses atravesaba un puente en formación y marcando el paso y el puente se hundió. Esto fue debido a que el paso rítmico de la marcha militar coincidió con la frecuencia de oscilación del puente de modo que el aumento de la amplitud provocó que se rompiera. Desde entonces los soldados rompen la formación al cruzar un puente.

En el laboratorio lo vamos a comprobar con un diapasón y una caja de resonancia: Un diapasón es una pieza en forma de U de metal (generalmente acero). Fue inventado en 1711 por John Shore.

Este tiene que ser golpeado en un corcho de goma para hacer que vibre (a 883 Hz por segundo), como cualquier instrumento musical el elemento generador casi no emite sonido y es necesario un elemento de amplificación, para esto se ocupa una caja de resonancia.

Lentes

Lentes

Las lentes son medios transparentes de vidrio, cristal o plástico limitados por dos superficies, siendo curva al menos una de ellas.

Una lente óptica tiene la capacidad de refractar la luz y formar una imagen. La luz que incide perpendicularmente sobre una lente se refracta hacia el plano focal, en el caso de las lentes convergentes, o desde el plano focal, en el caso de las divergentes.

 Lentes convergentes

Existen principalmente tres tipos de lentes convergentes:

• Biconvexas: Tienen dos superficies convexas
• Planoconvexas: Tienen una superficie plana y otra convexa
• Cóncavoconvexas (o menisco convergente): Tienen una superficie ligeramente concava y otra convexa

Las lentes convergentes son más gruesas por el centro que por el borde, y concentran (hacen converger) en un punto los rayos de luz que las atraviesan. A este punto se le llama foco (F) y la separación entre él y la lente se conoce como distancia focal (f).

Observa que la lente (2) tiene menor distancia focal que la (1). Decimos, entonces, que la lente (2) tiene mayor potencia que la (1).

La potencia de una lente es la inversa de su distancia focal y se mide en dioptrías si la distancia focal la medimos en metros.

Las lentes convergentes se utilizan en muchos instrumentos ópticos y también para la corrección de la hipermetropía. Las personas hipermétropes no ven bien de cerca y tienen que alejarse los objetos. Una posible causa de la hipermetropía es el achatamiento anteroposterior del ojo que supone que las imágenes se formarían con nitidez por detrás de la retina.

 Si las lentes son más gruesas por los bordes que por el centro, hacen diverger (separan) los rayos de luz que pasan por ellas, por lo que se conocen como lentes divergentes.

 Lentes divergentes

Existen tres tipos de lentes divergentes:

• Lentes bicóncavas: Tienen ambas superficies cóncavas
• Lentes planocóncavas: Tienen una superficie plana y otra cóncavas
• Lentes convexocóncavas (o menisco divergente): Tienen una superficie ligeramente convexa y otra cóncava

Si miramos por una lente divergente da la sensación de que los rayos proceden del punto F. A éste punto se le llama foco virtual.

En las lentes divergentes la distancia focal se considera negativa.

La miopía puede deberse a una deformación del ojo consistente en un alargamiento anteroposterior que hace que las imágenes se formen con nitidez antes de alcanzar la retina. Los miopes no ven bien de lejos y tienden a acercarse demasiado a los objetos. Las lentes divergentes sirven para corregir este defecto.

 Formación de imágenes:

Si tomas una lente convergente (seguro que las tienes en el laboratorio de tu centro) y la mueves acercándola y alejándola de un folio blanco que sostienes con la otra mano, comprobarás que para una cierta distancia se forma una imagen invertida y más pequeña de los objetos que se encuentran alejados de la lente. Cuando es posible proyectar la imagen formada decimos que se trata de una imagen real, y si no la podemos proyectar la denominamos imagen virtual.

Las lentes convergentes, para objetos alejados, forman imágenes reales, invertidas y de menor tamaño que los objetos

En cambio, si miras un objeto cercano a través de la lente, observarás que se forma una imagen derecha y de mayor tamaño que el objeto.

Para objetos próximos forman imágenes virtuales, derechas y de mayor tamaño.

Intenta hacer lo mismo con una lente divergente y observarás que no es posible obtener una imagen proyectada sobre el papel y que al mirar a su través se ve una imagen derecha y de menor tamaño que los objetos.

Las imágenes producidas por las lentes divergentes son virtuales, derechas y menores que los objetos

Definición de Sonido

El sonido es un fenómeno físico que estimula el sentido del oído, también es conocido como la manera particular de sonar que tiene una determinada cosa.Las vibraciones que producen los cuerpos materiales al ser golpeados o rozados se transmiten por un medio elástico, donde se propagan en forma de ondas y al llegar a nuestros oídos, producen la sensación sonora. Un sonido se diferencia de otro por sus características de percepción, las cuales son su intensidad (fuerza con que se percibe), puede ser fuerte o débil; su tono (marca la frecuencia o número de vibraciones por segundo que produce el cuerpo que vibra), puede ser grave y agudo; y por ultimo, su timbre (cualidad que nos permite distinguir entre dos o más sonidos producidos por distintas fuentes sonoras).

El sonido se transmite con facilidad a través del aire, pero se transmite mejor a través de los sólidos y los líquidos. En el vació, no se transmite el sonido, ya que es necesario un medio material para la propagación de las vibraciones producidas. El hombre con su tecnología ha logrado la transmisión del sonido a grandes distancias, convirtiendo las ondas sonoras en ondas de radio que se desplazan por el espacio a la velocidad de la luz y convirtiéndolas luego en sonido (sonidos de la radio y la televisión). Igualmente ha convertido el sonido en impulsos eléctricos, que son conducidos por cables hasta un aparato que los vuelve a transformar en sonidos (por ejemplo, el teléfono).

Ondas de sonido

Las ondas mecánicas son las que se propagan a través de un material (sólido, líquido, gaseoso). La velocidad de propagación depende de las propiedades elásticas e inerciales del medio. Hay dos tipos básicos de ondas mecánicas: transversales y longitudinales.

En las ondas longitudinales el desplazamiento de las partículas es paralelo a la dirección de propagación, mientras que en las ondas transversales es perpendicular.

Las ondas sonoras son longitudinales. En muchos instrumentos (como en la vibración de una cuerda) podemos identificar ondas transversales (así como en la membrana basilar dentro de la cóclea, en el oído interno).

Propagación

Características del medio - Para que la onda sonora se propague en un medio este debe ser elástico, tener masa e inercia. El aire posee además algunas características relevantes para la propagación del sonido:

• La propagación es lineal (en el intervalo de sonidos audibles la aproximación es válida). Esto permite que diferentes ondas sonoras se propaguen por el mismo espacio al mismo tiempo sin afectarse.
  
• El medio es no dispersivo. Por esta razón las ondas se propagan a la misma velocidad independientemente de su frecuencia o amplitud.
• El medio es homogéneo. No existen direcciones de propagación privilegiadas por lo que el sonido se propaga esféricamente (en todas direcciones).

¿Qué es el color?

El término color está ligado al de luz. Durante muchos siglos se creyó que el color era una característica física de los objetos. Sin embargo, el estudio cada vez más riguroso de la naturaleza de la luz llevó a la conclusión de que el color es únicamente una sensación visual y que nuestros ojos resultan estimulados por la radiación procedente de los objetos y no por la materia de que están constituidos.

Los diferentes colores resultan de las diferentes sensaciones que producen en nuestros ojos ondas electromagnéticas de diferentes longitudes de onda.

La luz blanca o incolora es un conjunto de ondas electromagnéticas de todas las longitudes de onda visibles. Al incidir esta luz sobre un objeto, la materia que lo compone puede absorber parte de esta radiación, reflejando o transmitiendo luz que ya no contiene una distribución uniforme de longitudes de onda. Esta luz procedente del objeto es la que capta nuestro ojo y determina el color del mismo. Si vemos el objeto negro es porque absorbe radiación en todo el espectro visible. Si lo vemos blanco, es porque dicho objeto ha reflejado prácticamente toda la luz que le ha llegado. Cualquier otro color se debe a una mezcla de radiación de diferentes longitudes de onda.

¿Qué es la luz?

La luz es un mensajero, que porta consigo una historia acerca de la forma de los objetos. W. L. Bragg, físico británico (1890-1971).

La luz es una forma de energía que tiene una doble naturaleza. Por una parte se comporta como una onda electromagnética. Por otra parte, tiene una naturaleza corpuscular, es decir, está formada por “partículas” de energía llamadas fotones. Esta doble naturaleza permite explicar los diferentes comportamientos físicos que presenta la luz. Así, la forma de propagación de la luz se explica mejor asumiendo una naturaleza ondulatoria. Por otro lado, fenómenos como la interacción entre la luz y la materia se explican asumiendo un comportamiento corpuscular.

En general, solemos identificar el término luz con una parte del conjunto de ondas electromagnéticas que es visible a nuestros ojos. Dentro de este conjunto, el rango que corresponde a la luz visible es muy pequeño, y se extiende desde una longitud de onda de aproximadamente 380 manómetros hasta 780 manómetros. El resto de ondas electromagnéticas son invisibles al ojo humano.

Fenómenos ondulatorios

Son los efectos y propiedades exhibidas por las entidades físicas que se propagan en forma de onda:

• Reflexión: tiene lugar cuando una onda choca con la superficie de un medio que no puede ni absorberla ni transmitirla. Se cumple que el ángulo de incidencia y de reflexión son idénticos.
  
  
  

• Refracción: es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio a otro. Se debe a la diferencia en la velocidad de propagación de la onda en ambos medios. Cada medio está caracterizado por un índice de refracción.
• Reflexión interna total: se produce cuando un rayo de luz que se encuentra en un medio de índice de refracción mayor que el del medio que pretende atravesar se refracta de tal modo que no es capaz de atravesar la superficie entre ambos medios, reflejándose completamente. Este fenómeno sólo tiene lugar a partir de un determinado ángulo de incidencia, llamado ángulo crítico.

• Difracción: fenómeno debido a la desviación de la propagación rectilínea de un rayo de luz en un medio homogéneo, cuando atraviesa una abertura o pasa por puntos próximos a un objeto opaco. La superposición en un punto de los rayos así desviados da lugar a variaciones de la intensidad, produciendo máximos y mínimos cuya distribución depende de la forma de la abertura o del objeto opaco.
• Interferencia: resultado de la superposición de dos o más ondas. Puede ser constructiva o destructiva.