ONDAS, LUZ

Las ondas son perturbaciones que se propagan por un medio en un tiempo determinado. NO TRANSPORTAN MATERIA, TRANSPORTAN ENERGÍA. Asi, al lanzar una piedra al agua, se origina una onda, que avanza hacia la orilla, pero las particulas del agua no se acercan a la orilla; suben y bajan en la posicion en la que se encuentran.

 TIPOS DE ONDAS

Dependiendo del medio en el que se propagan pueden ser:

• Mecánicas: necesitan un medio material elastico, o que vibre, para propagarse. Por ejemplo las ondas en el agua.
• Electromagneticas: no necesitan un medio material para propagarse. Se propagan en el vacio. Por ejemplo la luz, las ondas de las antenas de los telefonos móviles, las ondas de radio...

Dependiendo de la direccion de propagación pueden ser:

• Transversales: la onda avanza perpendicular a la dirección de la perturbación 

•  Longitudinales: la onda avanza en la misma direccion de la perturbación.

 

Para comprender lo que es una onda y sus características más importantes entra en el siguiente enlace, pinchado la imagen:

¿De que depende la velocidad de propagación de una onda? ¿De su amplitud, de su forma, o del medio en el que se transmite? Entra en el siguiente enlace para averiguarlo:

velocidad de propagacion de una onda transversal

velocidad de propagación  de una onda longitudinal

LUZ

La naturaleza de la luz originó mucha controversia a lo largo del tiempo. Duró hasta el siglo XX. Actualmente se acepta la doble naturaleza de la luz. "Cuando se propaga se comporta como una onda, cuando interacciona con la materia se comporta como una particula (fotón)"

 Estudiaremos la luz como una onda electromagnética; no necesita un medio natural para su propagación.
 Se propaga en linea recta, y con velocidad constante, que el vacío alcanza su maximo valor, 300.000 km/s. Al atravesar un medio su velocidad disminuye y su valor depende del medio que atraviese.


COMO SE COMPORTA LA MATERIA ANTE LA LUZ

Se pueden clasificar en.

• cuerpos opacos: no permiten el paso de la luz; no puede verse a traves de ellos.
• cuerpos transparentes: dejan pasar la luz; se puede ver a traves de ellos. Son el agua, el vidrio, el aire...
• cuerpos translúcidos: solo dejan pasar una parte de la luz; no se puede ver con claridad a traves de ellos. Es el caso de algunos plásticos, vidrio esmerilado...

PROPAGACIÓN RECTILINEA DE LA LUZ

La  luz se propaga en linea recta. Un cuerpo opaco impide que la luz se propague y crea una zona oscura, que depende de la forma del cuerpo, llamada sombra.
Si el foco de luz es muy pequeño, puntual, el paso de la zona de luz a la de sombra es brusco. Se obtiene una sombra nítida, con límites bien definidos.

Si el foco de luz es grande, o está cerca del cuerpo opaco, detras de este aparece, junto a la zona de sombra una zona parcialmente iluminada llamada penumbra.

Pincha en la imagen:

Un fenómeno natural a escala planetaria en donde se observa la propagación rectilinea de luz es el eclipse de sol o de luna.
El eclipse de sol se produce cuando la luna se interpone entre el sol y la tierra. El eclipse de luna tiene lugar cuando la Tierra se interpone entre el sol y la luna.

Que es un eclipse solar y tipos
CIDEAC: Eclipse de sol
CIDEAC: Eclipse de luna

FENOMENOS LUMINOSOS

Para estudiarlos utilizamos rayos luminosos. Un rayo luminoso es la linea imaginaria que representa la dirección y el sentido en el que se propaga la luz.

REFLEXIÓN

Al incidir la luz sobre una superficie,sale rebotada. Sigue en el mismo medio pero cambia de dirección.

Cumple dos leyes fundamentales:

• El ángulo de indicencia y el de reflexión son iguales.
• El rayo incidente, reflejado y la normal estan en el mismo plano.

REFRACCIÓN

Fenómeno por el cual la luz al atravesar una superficie que separa 2 medios diferentes cambia de dirección y velocidad. Lleva distinta velocidad en los dos medios diferentes.
El indice de refracción es la relacion entre la velocidad de la luz en el vacio (c) y la velocidad en el medio en el que se propaga.  n= c/v

 La refraccion provoca fenomenos tales como :

Estos fenómenos se explican debido al cambio en la velocidad de la luz, lo que hace que veamos los objetos con diferente ángulo, lo que hace que parezcan que estan rotos.
En el siguiente video puedes ver estos efectos debido a la refracción de la luz.

DISPERSIÓN DE LA LUZ

 La luz blanca esta formada por una mezcla de varios colores diferentes. Cuando la luz blanca se difracta en algun medio se separan sus colores constituyentes. Esto explica la formacion del arco iris, formado al atravesar la luz solar gotas de agua presentes en las nubes.

El rayo menos difractado es el rojo y el más difractado es el violeta. Esto hace que al pasar la luz blanca por un medio los distintos colores se muevan a distinta velocidad y se separen.

 

FORMACIÓN DE COLORES

Entra en los siguientes enlaces para ver como se van formando los distintos colores:
Educaplus: colores primarios aditivos
Educaplus: Colores primarios sustractivos
Educaplus: Taller de iluminacion
Animaciones sobre fenómenos ópticos FQSB ÓPTICA INTERACTIVA

ESPEJOS

Un espejo es  una superficie pulida opaca a la luz, en la que los rayos de luz se reflejan.

Espejos planos: Se forma una imagen virtual del mismo tamaño y forma que la figura real, derecha aunque invertida (la parte derecha aparece en la parte izquierda).

 ESPEJOS ESFÉRICOS

Pueden ser concavos o convexos. Es una sección de una esfera, por lo que tienen centro de curvatura, C (centro de la esfera) y radio de curvatura (radio de la esfera)
La superficie externa es el espejo convexo y la imagen es mas pequeña pero abarca mas campo visual que un espejo plano. Son los espejos situados en los cruces sin visibilidad, en los retrovisores de los coches...

 
La superficie interior es el espejo cóncavo y la imagen a menudo parece parece más grande. Se utilizan en los faros de los coches, en los espejos de maquillaje, en los espejos de los dentistas...

CALOR Y TEMPERATURA. CAMBIOS DE ESTADO Y DILATACIÓN

El calor y la temperatura son conceptos diferentes. Mientras el calor (Q) es la energía que pasa de un cuerpo a otro, la temperatura mide la energía interna de un cuerpo, energía que posee debido al movimiento de sus partículas.

 Esto quiere decir que un cuerpo NO TIENE CALOR, tiene energía interna, que se expresa mediante su temperatura.

Para repasar de forma sencilla el concepto de temperatura, calor y los efectos producidos por el calor entra en el siguiente enlace:

Libros Vivos: Calor y Temperatura

En el siguiente vídeo del Mundo de Beakman también lo puedes ver de forma sencilla

 Efectos del calor: Aumento o disminución de su temperatura.

Si un cuerpo gana o pierde calor uno de sus efectos es que varía su temperatura. Esto depende de:

• de la cantidad de calor ganado o perdido 
• de la cantidad de sustancia ( no es lo mismo calentar 10 g que 10 kg)
• de la sustancia que calentamos o enfriamos (no es lo mismo calentar agua que un trozo de hierro). Este factor se corresponde con el calor especifico, ce, definido como la cantidad de calor que hay que suministrar a 1 kg de sustancia para elevar su temperatura 1 ºC. Cuanto mayor ser el calor específico más cantidad de calor hace falta para calentar una sustancia.

Equilibrio térmico:

Cuando se ponen en  contacto dos cuerpos a diferente temperatura, el cuerpo caliente cede energia al cuerpo frio. Esta transferencia de calor continua hasta que alcanzan ambos la misma temperatura, o temperatura de equilibrio
 

Se cumple siempre que:

Ten en cuenta el criterio de signos. El calor perdido es (-) , ya que  la (T final- T inicial) es negativa, y el calor ganado es (+).

Efectos del calor: Cambio de estado.

Otro de los efectos del calor es el cambio de estado de los cuerpos. El cambio de estado tiene lugar a una temperatura determinada, característica para cada sustancia y mientras cambia de estado su temperatura permanece constante.

En el siguiente video se pueden ver distintas experiencias con cambios de estado.

  Calor latente:

Se denomina calor latente de cambio de estado (Lfusión, Lvaporización) a la energía que hay que comunicar a 1 kg de una sustancia para que cambie de estado. Esta  energía no se emplea en aumentar la velocidad de las partículas, sino en modificar las fuerzas de atracción entre ellas, diferentes en un estado y en otro. 

 

Efectos del calor: Dilatación.

Otro de los efectos del calor es la dilatación. Cuando un cuerpo se calienta, aumenta su temperatura, se dilata, aumentando su volumen. Esto es debido a que las partículas que lo forman tienen más energía y se mueven más rápido. La agitación térmica es mayor. Esto hace que necesiten más espacio y por lo tanto hay un aumento de volumen. Si la temperatura desciende se produce una disminucion en el volumen, ya que hay menos agitacion térmica.

Un aumento de volumen por efecto del calor hace que la densidad del cuerpo disminuya.

Es esencial tener en cuenta la dilatación en la construcción de vias, puentes.... Se soluciona utilizando juntas de dilatacion, espacios vacios que permiten que el material se dilate.

Los líquidos se dilatan más que los sólidos, ya que sus particulas estan menos unidas que en estado solido y por lo tanto se separan con más facilidad.

Los gases se dilatan con gran facilidad al aumentar su temperatura, ya que sus particulas practicamente no estan unidas. Las leyes de los gases permiten estudiar la variación del volumen de un gas con la temperatura, en este caso la ley de Gay-Lussac.

 

 DILATACION DEL AGUA:  tiene un comportamiento anómalo entre los 0º C y los 4ºC. Su volumen mínimo es a los 4ºC y por lo tanto su densidad es máxima a esta temperatura. A partir de los 4ºC se dilata como los otros líquidos (al aumentar la T aumenta su V).
A medida que se acerca a los 0ºC aumenta su volumen, se hace menos densa, y al congelarse el hielo formado es menos denso que el agua líquida, flotando sobre ella. Esto hace que en invierno solo se congele una capa superficial de agua que queda en la superficie. Por debajo del hielo hay agua liquida, lo que permite que las plantas y animales acuaticos sobrevivan.

 

TRABAJO Y ENERGÍA

TRABAJO

El trabajo mecánico se produce cuando al aplicar una fuerza sobre un objeto, éste se desplaza (si no se desplaza por mucho que apliques una fuerza no realizas trabajo, solo te esforzaste mucho).

Se define matemáticamente como:

W = F.  ∆ x . cos α

Es una magnitud escalar. Sus unidades en el sistema internacional son los Julios (J)


El trabajo puede ser positivo o negativo. Observa los dibujos y comprueba el valor del trabajo. Fíjate que dirección y sentido llevan la fuerza y el desplazamiento en los tres casos indicados.

ENERGÍA:

 Es la capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo. Existen distintos tipos de energía.

Energía cinética:

Energía que posee un cuerpo por estar en movimiento. También depende de su masa.

Energía potencial gravitatoria:

Energía que posee un cuerpo por ocupar una determinada posición en el campo gravitatorio, es decir, por estar a una determinada altura sobre el suelo.

Es necesario fijar una referencia en la que la energía potencial sea cero. En nuestro caso suponemos h=0 en el suelo.

Energía mecánica:

Se llama energía mecánica a la suma de las energías cinética y potencial que tiene un cuerpo.

Em = Ec + Ep

Principio de conservación de la Energía Mecánica:

 

En aquellos movimientos en los que la única fuerza que actua es el peso (caida libre, lanzamientos ...) y no existe rozamiento se cumple siempre:

Em = constante => Em(inicial)= Em (final)

Esto quiere decir que si podemos conocer la posición y la velocidad en un punto del movimiento, podemos conocer su energia mecánica que se mantiene constante, es decir siempre vale lo mismo, a lo largo de todo el movimiento.

Si dejamos caer un objeto, al principio sólo tiene Ep, pero a medida que desciende la energía potencial va disminuyendo pero va aumentado la energía cinética, hasta que al llegar al suelo (antes de estrellarse) solo tiene Ec. Una se va transformando en la otra, de forma que su suma siempre vale lo mismo.

Para repasar estos conceptos entra en el siguiente enlace:

Libros Vivos SM: ENERGÍA Y TRABAJO

En el siguiente enlace de Educaplus puedes ver como varia la energía cinética y potencial al desplazar un pendulo de su posicion de equilibrio. Comprueba como la energía total (mecánica) se mantiene constante.

Conservación de la Energía Mecánica en un péndulo

MÁQUINAS SIMPLES

Las máquinas nos permiten realizar trabajo de forma más sencilla y con menor esfuerzo. Las más sencillas son las máquinas simples.
Todas ellas se basan en el mismo principio: realizamos el mismo trabajo pero aplicamos menos fuerza aumentando el desplazamiento realizado.

W= Fuerza . desplazamiento.  

Para realizar el mismo trabajo podemos aumentar el desplazamiento, disminuyendo F ya que el producto tiene que ser dar el mismo valor.

a) plano inclinado:  Permite elevar cuerpos ejerciciendo menos fuerza pero recorriendo mas distancia. Utilizada como rampa para subir objetos, como un tornillo, (que podemos considerar como una escalera de caracol) o una cuña, como un hacha.

En el siguiente video puedes ver como funciona el plano inclinado y el tornillo.

b) la polea: permite cambiar la dirección de la fuerza aplicada. Rsto hace mas facil subir objetos pesados.

En el siguiente video puedes ver que es una polea y sus aplicaciones.

b) la palanca: Es una barra rígida que gira sobre un punto de apoyo. Permite vencer grandes fuezas  (resistencia) aplicando fuerzas pequeñas (fuerza aplicada o potencia). Pueden ser de tres formas o de 3 generos distintos, dependiendo de la situacion del punto de apoyo, la resistencia y la fuerza aplicada.

En el siguiente video puedes ver la diferencia entre los distintos tipos de palancas.