A) EXPLIQUE QUE SON LAS ONDAS ESTACIONARIAS Y DESCRIBA SUS CARACTERÍSTICAS
Llamamos onda estacionaria a la situación que se produce en un medio cuando interfieren en él dos ondas viajeras idénticas (igual amplitud, frecuencia y longitud de onda), que se propagan en la misma dirección pero en sentido contrario.
Y2= Asen(kx+ωt)
Observar que el resultado, la onda estacionaria, no es una onda viajera sino una situación en la que cada punto del medio realizará un movimiento vibratorio de mayor o menor amplitud dependiendo de la diferencia de fase con la que interfieren las ondas en dicho punto.
Podemos escribir la onda estacionaria como: Y(x,t)= A´cosωt
Donde:
- ω es la frecuencia de la onda estacionaria y es la misma que la de las ondas generatrices.
- A´=2Asenkx es la amplitud de la onda estacionaria
- A la amplitud de las ondas generatrices
- k=2π/λ el número de ondas de las ondas generatrices.
Observar que la amplitud de la onda estacionaria está modulada por el factor senkx y variará entre cero y el doble de la amplitud de las ondas generatrices:
En aquellos puntos donde se cumple que senkx=0, A´=0. A estos puntos se les denomina nodos.
En aquellos puntos donde se cumple que senkx=1, A´=2A. A estos puntos se les denomina vientres.
El resto de puntos vibrará con una amplitud comprendida entre 0 y 2ª.
La situación de onda estacionaria suele darse cuando una onda se encuentra con su reflejo como ocurre en el caso de una cuerda con uno o los dos extremos fijos o en el caso de muchos instrumentos musicales.
B) EXPLIQUE POR QUÉ LAS ONDAS ESTACIONARIAS NO PROPAGAN ENERGÍA.
Como se ha señalado anteriormente existen determinados puntos de la onda, llamados nodos, que no oscilan y, por tanto, no pueden recibir ni transmitir energía mecánica a los puntos que los rodean.
Además, cada punto se mueve con una amplitud determinada que depende sólo de la posición que ocupa. Existen puntos como los vientres que almacenan gran cantidad de energía, otros cercanos a los nodos que almacenan muy poca y los nodos que no almacenan ninguna. Esta situación no cambia en el tiempo, de ahí que sea adecuada la denominación de estacionaria aunque no así la de onda.
C) Explique las diferencias entre ondas transversales y ondas longitudinales y ponga
algún ejemplo.
¿Qué es una onda estacionaria? Comente sus características.
Las ondas transversales y longitudinales son las que se clasifican atendiendo a su dirección de propagación.
Las longitudinales son aquellas en las que la dirección de propagación coincide con la dirección de vibración. Son ondas longitudinales las del sonido o las que se propagan en un muelle cuando vibra longitudinalmente.
Las transversales son aquellas en las que la dirección de propagación es perpendicular a la
dirección en que tiene lugar la vibración. Son ondas transversales las ondas electromagnéticas y las ondas sísmicas s.
b) Una onda estacionaria se forma cuando interfieren dos ondas de características iguales,
que se propagan en la misma dirección, pero en sentidos diferentes. El fenómeno se debe a
que en la superficie de separación de dos medios se produce una reflexión como ocurre por ejemplo en las ondas que produce la cuerda de una guitarra. Estas ondas se denominan estacionarias porque dan lugar a un patrón de vibración estacionario.
El patrón de vibración depende de que los límites sean fijos o libres, de forma que se pueden obtener distintas frecuencias fundamentales y diferentes armónicos que son los múltiplos de la frecuencia fundamental obtenida en cada caso. Las zonas donde la vibración es máxima se denominan vientres y las de vibración nula, nodos.
Una onda estacionaria, en realidad, no representa un movimiento ondulatorio ya que no
hay transporte neto de energía de unos puntos a otros. Cada uno de los puntos del medio, excepto los nodos vibra como si se tratase de un oscilador armónico con una amplitud determinada de modo que el perfil de la onda no se desplaza. Entre dos nodos la energía permanece estancada.
