reflexion

La reflexión es el cambio de dirección de una onda magnética, que al estar en contacto con la superficie de separación entre dos medios cambiantes, de tal forma que regresa al medio inicial. Ejemplos comunes son la reflexión de la luz, el sonido y las ondas en el agua. La luz es una forma de energía. Gracias a ello puedes ver tu imagen reflejada en un espejo, en la superficie del agua o un piso muy brillante. Esto se debe a un fenómeno llamado reflexión de la luz. La reflexión ocurre cuando los rayos de luz que inciden en una superficie chocan en ella, se desvían y regresan al medio que salieron formando un ángulo igual al de la luz incidente, muy distinta a la refracción.

la vision de los objetos se lleva a cabo precisamente gracias al fenomeno de la reflexion. un objeto cualquiera a menos que no sea una fuente en si mismo, permanecera invisible en tanto no sea iluminado. los rayos luminosos que provienen de la fuente se reflejan en la parte superior del objeto y revelan al observador los detalles de su forma y tamaño.

de acuerdo con las caracteristicas de la superficie reflectora, la reflexion luminosa puede ser regular o difusa. la reflexion regular tiene lugar cuando la superficie es perfectamente lisa. un espejo o una lamina metalica pulimentada reflejan ordenadamente un haz de rayos conservando la forma del haz. la reflexion difusa se da sobre los cueros de superficies mas o menos rugosas.

en ellas una haz paralelo, al reflejarse , se dispersa orienrandose los rayos en direcciones diferentes. esta es la razon por la que un espejo es capaz de reflejar la imagen de otro objeto en tanto que una piedra, por ejemplo , solo refleja su propia imagen.

Sobre la base de las observaciones antiguas se establecieron las leyes que rigen el comportamiento de la luz en la reflexión regular o especular. Se denominan genéricamente leyes de la reflexión.
Si S es una superficie especular (representada por una línea recta rayada del lado en que no existe la reflexión), se denomina rayo incidente al que llega a S, rayo reflejado al que emerge de ella como resultado de la reflexión y punto de incidencia O al punto de corte del rayo incidente con la superficie S. La recta N, perpendicular a S por el punto de incidencia, se denomina normal.

La visión de los objetos se lleva a cabo precisamente gracias al fenómeno de la reflexión. Un objeto cualquiera, a menos que no sea una fuente en sí mismo, permanecerá invisible en tanto no sea iluminado. Los rayos luminosos que provienen de la fuente se reflejan en la superficie del objeto y revelan al observador los detalles de su forma y su tamaño.

De acuerdo con las características de la superficie reflectora, la reflexión luminosa puede ser regular o difusa. La refle

xión regular tiene lugar cuando la superficie es perfectamente lisa. Un espejo o una lámina metálica pulimentada reflejan ordenadamente un haz de rayos conservando la forma del haz. La reflexión difusa se da sobre los cuerpos de superficies más o menos rugosas.

En ellas un haz paralelo, al reflejarse, se dispersa orientándose los rayos en direcciones diferentes. Ésta es la razón por la que un espejo es capaz de reflejar la imagen de otro objeto en tanto que una piedra, por ejemplo, sólo refleja su propia imagen.

Sobre la base de las observaciones antiguas se establecieron las leyes que rigen el comportamiento de la luz en la reflexión regular o especular. Se denominan genéricamente leyes de la reflexión.

Si S es una superficie especular (representada por una línea recta rayada del lado en que no existe la reflexión), se denomina rayo incidente al que llega a S, rayo reflejado al que emerge de ella como resultado de la reflexión y punto de incidencia O al punto de corte del rayo incidente con la superficie S. La recta N, perpendicular a S por el punto de incidencia, se denomina normal.

refracción

La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Solo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si estos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda.

Un ejemplo de este fenómeno se ve cuando se sumerge un lápiz en un vaso con agua: el lápiz parece quebrado. También se produce refracción cuando la luz atraviesa capas de aire a distinta temperatura, de la que depende el índice de refracción. Los espejismos son producidos por un caso extremo de refracción, denominado reflexión total. Aunque el fenómeno de la refracción se observa frecuentemente en ondas electromagnéticas como la luz, el concepto es aplicable a cualquier tipo de onda.

leyes de la refraccion

Para un rayo luminoso con un ángulo de incidencia sobre el primer medio, ángulo entre la normal a la superficie y la dirección de propagación del rayo, tendremos que el rayo se propaga en el segundo medio con un ángulo de refracción cuyo valor se obtiene por medio de la ley de Snell.

Acústica

La acústica es la rama de la física que estudia el sonido, que es una onda mecánica que se propaga a través de la materia, bien sea en estado gaseoso, líquido o sólido, porque el sonido no se propaga en el vacío.

A efectos prácticos la acústica estudia la producción, transmisión, almacenamiento y percepción o reproducción del sonido.

Ondas Sonoras.-

La definición mas general del sonido es una onda longitudinal en un medio, el sonido puede viajar por cualquier gas , liquido o solido. Las ondas sonoras mas sencillas son las senoidales, las cuales tienen la frecuencia, la amplitud y la longitud de onda completamente especificadas.El oído humano es sensible a las ondas en el intervalo de frecuencias de 20 a 20000 Hz, llamada gama audible, pero también usamos el termino sonido para ondas similares con frecuencias mayores( ultrasónicas ) y menores (infrasónicas).

Percepción de Ondas Sonoras.-

Las características físicas de una onda sonora tienen una relación directa con la percepción de ese sonido por un receptor. A una frecuencia dada, cuanto mayor sea la amplitud de presión de una onda senoidal, mayor sera la intensidad del sonido al cual se le suele llamar, asi que mayor sera el volumen percibido. La relación entre amplitud de presión y volumen no es sencilla, y varia de una persona a otra. Un factor importante es que el oído no es igualmente sensible a todas las frecuencias de la gama audible

Ondas Sonoras Estacionarias y Modos Normales.-

Cuando ondas longitudinales(de sonido) se propagan en un fluido dentro de un tubo con longitud finita, se reflejan en los extremos igual que las ondas transversales en una cuerda. La superposición de las ondas que viajan en direcciones opuestas forma también una onda estacionaria. Al igual que las ondas estacionarias transversales en una cuerda , las ondas sonoras estacionarias(modos normales) en un tubo pueden servir para crear ondas de sonido en el aire circundante. Este el principio de operación de la voz humana y de muchos instrumentos musicales, incluidos los de viento de madera y de metal, y los órganos.

RESONANCIA ACÚSTICA.-

Consideremos un tubo con una boca abierta y la otra cerrada cuya longitud podemos aumentar y disminuir. Si por la boca abierta entra una onda sonora, de frecuencia determinada, podemos observar que el volumen del sonido aumenta y disminuye a medida que variamos la longitud del tubo.

El motivo es el siguiente: La onda sonora que entra en el tubo se refleja en la pared y cuando la onda que entra y la reflejada están en fase el sonido se refuerza, se logra producir una onda estacionaria en el interior del tubo, esto solo ocurre cuando la longitud del tubo es un múltiplo impar de l/4. En esos casos se dice que el foco emisor del sonido y la columna de aire del interior del tubo está en resonancia.

Recuerda que en las ondas estacionarias la separación entre dos nodos o dos vientres es la mitad de la longitud de onda.

Si el tubo es cerrado se origina un vientre en el extremo por donde penetra el aire y un nodo en el extremo cerrado. Como la distancia entre un vientre y un nodo consecutivo es l /4.

La longitud L del tubo es en las figuras representadas es L=l /4, L=3l /4, L=5l /4...

En general    L=(2n+1) l /4;    con n=0, 1, 2, 3, ...

Considerando que    l =vs / f      (velocidad del sonido dividido por la frecuencia)

Las frecuencias de los distintos modos de vibración responden a la fórmula

Otro ejemplo que se pone de manifiesto el fenómeno de resonancia es el siguiente. Utilizando dos diapasones idénticos, y próximos el uno al otro se observa que al hacer vibrar uno de ellos el otro comienza a vibrar eso se debe a que al ser idénticos vibran con la misma frecuencia y por tanto están en resonancia.

Los instrumentos de viento, por ejemplo las trompetas no suenan de cualquier forma, para que al soplar emitan una nota se tiene que cumplir que la vibración de los labios tengan una frecuencia capaz de producir resonancia con el aire que hay en el interior del tubo.

Los tubos abiertos entran en resonancia con un sonido cuando su longitud es un múltiplo de l/2.

Si un tubo es abierto el aire vibra con su máxima amplitud en los extremos. En la figura se representan los tres primeros modos de vibración

Como la distancia entre dos nodos o entre dos vientres es media longitud de onda. Si la longitud del tubo es L, tenemos que

L=l /2, L=l , L=3l /2, ... en general L=nl /2, n=1, 2, 3... es un número entero

Considerando que    l =vs / f      (velocidad del sonido dividido por la frecuencia)

Las frecuencias de los distintos modos de vibración responden a la fórmula

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INTENSIDAD DEL SONIDO

La intensidad es la responsable de nuestra percepción del volumen sonoro. El oído humano percibe sonidos desde una intensidad límite Io = 10-12 watt/m2, llamado umbral de audición.

A partir de la fórmula anterior se demuestra que la intensidad de una onda sonora que se propaga a través de un tubo es:        

                       

                                              I=1/2Dvwº2

Como la unidad de intensidad (watt/m2) no resulta práctica para el caso del sonido, se ha adoptado una escala comprimida (logarítmica) conocida como nivel de intensidad sonora, cuya unidad es el decibelio (dB).

El nivel de intensidad de un sonido, que se denota con la letra B, se define de la siguiente manera:

Supongamos una fuente puntual de ondas situada en un medio homogéneo. El movimiento ondulatorio se propaga en todas las direcciones en forma isótropa. La energía fluye radialmente desde la fuente en todas las direcciones del espacio. La sección S se transforma en una superficie esférica de radio r cuyo centro se encuentra en la fuente. El área dicha superficie es: 4 p r2.

La energía producida no se acumula y fluye hacia el exterior atravesando un volumen cada vez mayor. En la misma unidad de tiempo el número de partículas a las que llega es cada vez mayor, a cada una le toca menos energía, y los efectos de la onda se atenúan.

La intensidad del movimiento ondulatorio a una distancia r de la fuente emisora será:

Según esta relación, para el caso de ondas esféricas la intensidad de la onda varía en forma inversa al cuadrado de la distancia al centro de radiación. En particular, si la distancia se duplica, la intensidad del sonido disminuye a su cuarta parte ya que la energía del sonido debe distribuirse en un área cuatro veces mayor.

Todos sabemos que si nos alejamos de algo que produce un sonido constante percibimos que su volumen disminuye.

Se comprueba que para el caso de ondas planas la intensidad de la onda no varía durante el proceso de propagación.

Como la intensidad de una onda es directamente proporcional al cuadrado de la amplitud de oscilación y para el caso de una onda esférica esta es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia al centro de radiación se deduce que, para el caso de ondas esféricas, la amplitud de oscilación es inversamente proporcional a la distancia al centro de radiación.

En la siguiente tabla puedes comparar distintos niveles de intensidad sonora.

Según esta tabla, el oído humano percibe desde 0 dB (10^-12 watt/m²), llamado umbral de audición, hasta 120 dB (1 watt/m^2), llamado umbral de dolor. Estos dos umbrales varían según las personas (y con la edad).

Resulta pues que, dentro de los sonidos que podemos oír, el sonido insoportable es un billón de veces más intenso que el casi inaudible. Por esta razón, la unidad watt/m2 no es práctica.

El efecto Doppler

 Quizás usted habrá notado que, cuando un coche se acerca tocando el claxon, el tono parece bajar al pasar el coche. Este fenómeno, descrito por primera vez por el científico austriaco del siglo XIX Christian Doppler, se llama efecto Doppler. Cuando una fuente de sonido y un receptor están en movimiento relativo, la frecuencia del sonido oído por el receptor no es el mismo que la frecuencia de la fuente. Se presenta un efecto similar en las ondas de luz y de radio.

APLICACIÓN DE LA ACÚSTICA

- La aplicación mas importante de las ondas sonoras estacionarias es la producción de tonos musicales con instrumentos de viento. Los tubos de órgano son uno de los ejemplos mas sencillos.

- En el campo médico se le llama a equipos de ultrasonido a dispositivos tales como el doppler fetal, el cual utiliza ondas de ultrasonido de entre 2 a 3 MHz para detectar la frecuencia cardíaca fetal dentro del vientre materno. También son utilizados en la detección de tumores cerebrales (ecoencefalografía) y en otras partes del cuerpo. Las imágenes por ultrasonido, también denominadas exploración por ultrasonido o ecografía, suponen exponer parte del cuerpo a ondas acústicas de alta frecuencia para producir imágenes del interior del organismo.

Los exámenes por ultrasonido no utilizan radiación ionizante (rayos x). Debido a que las

imágenes por ultrasonido se capturan en tiempo real, pueden mostrar la estructura y el

movimiento de los órganos internos del cuerpo, como así también la sangre que fluye por los

vasos sanguíneos.

- La resonancia magnética nuclear utiliza radiofrecuencias a los átomos alineados de una muestra orgánica, y permite estudiar la composición química o estructural de la muestra, dependiendo del estudio. Esta resonancia también se utiliza en la investigación de ordenadores cuánticos  o supercomputadoras. Sus aplicaciones mas comunes están ligadas a la medicina, bioquímica, química orgánica, entre otras.

Lentes y Espejos

¿Qué son?

Una lente es un sistema óptico centrado formado por dos dioptrios de los cuales uno, por lo menos, acostumbra a ser esférico, y dos medios externos que limitan la lente y tienen el mismo índice de refracción.

Si el grosor de la lente es despreciable, comparándolo con los radios de curvatura de las caras que la forman, recibe el nombre de lente delgada.

Desde el punto de vista óptico cada cara es un dioptrio.

Tipos

Según su forma las lentes delgadas pueden ser convergentes y divergentes.

Convergentes: son más gruesas en el centro que en los extremos. Se representan esquemáticamente con una línea con dos puntas de flecha en los extremos.

Según el valor de los radios de las caras pueden ser: biconvexas (1), plano convexas (2) y menisco convergente (3).

Divergentes: Son más delgadas en la parte central que en los extremos. Se representan esquemáticamente por una línea recta acabada en dos puntas de flecha invertidas.

Según el valor de los radios de las caras (que son dioptrios) pueden ser: bicóncavas (4), plano cóncavas (5) y menisco divergente (6).

 

  En esta foto vemos dos lentes de las que existen en los laboratorios de óptica.

Elementos de las lentes

Una lente está compuesta por dos superficies esféricas, cada una con su centro de curvatura. La línea que une los centros de curvatura se llama eje principal.

 

 El centro geométrico de la lente es el Centro óptico, O.

Centro de curvatura, C y C', son los centros de las superficies que forman sus caras.

Todas las rectas que pasan por el Centro óptico son ejes secundarios.

  Foco principal imagen en las lentes convergentes es el punto situado sobre el eje en el que inciden los rayos que vienen paralelos al eje principal.

En las lentes divergentes es el punto del eje del que parecen diverger los rayos que vienen del infinito después de atravesarla.

Existe un foco objeto y un foco imagen. ¿Podrías definirlos? ¿Cómo salen de la lente los rayos que parten del foco objeto?

Las distancias focales son las distancias entre el foco principal y el centro óptico.

TRANSFERENCIA DE CALOR

En física, la transferencia de calor es el paso de energía térmica desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura. Cuando un cuerpo, por ejemplo, un objeto sólido o un fluido, está a una temperatura diferente de la de su entorno u otro cuerpo, la transferencia de energía térmica, también conocida como transferencia de calor o intercambio de calor, ocurre de tal manera que el cuerpo y su entorno alcancen equilibrio térmico. La transferencia de calor siempre ocurre desde un cuerpo más caliente a uno más frío, como resultado de la Segunda ley de la termodinámica. Cuando existe una diferencia de temperatura entre dos objetos en proximidad uno del otro, la transferencia de calor no puede ser detenida; solo puede hacerse más lenta.

MODOS.-

Los modos son los diferentes tipos de procesos de transferencia de calor. Hay tres tipos:

Conducción: transferencia de calor que se produce a través de un medio estacionario -que puede ser un sólido o un fluido- cuando existe un gradiente de temperatura.

Convección: transferencia de calor que ocurrirá entre una superficie y un fluido en movimiento cuando están a diferentes temperaturas.

Radiación: en ausencia de un medio, existe una transferencia neta de calor por radiación entre dos superficies a diferentes temperaturas, debido a que todas las superficies con temperatura finita emiten energía en forma de ondas electromagnéticas.

AISLAMIENTO Y BARRERAS DE RADIACIÓN.-

AISLAMIENTO TÉRMICO.-

Los aislantes térmicos son materiales específicamente diseñados para reducir el flujo de calor limitando la conducción, convección o ambos. Las barreras de radiación, son materiales que reflejan la radiación, reduciendo así el flujo de calor de fuentes de radiación térmica. Los buenos aislantes no son necesariamente buenas barreras de radiación, y viceversa. Los metales, por ejemplo, son excelentes reflectores pero muy malos aislantes.

La efectividad de un aislante está indicado por su resistencia (R). La resistencia de un material es el inverso del coeficiente de conductividad térmica (k) multiplicado por el grosor (d) del aislante. Las unidades para la resistencia son en el Sistema Internacional: (K•m²/W).

La fibra de vidrio rígida, un material aislante usado comúnmente, tiene un valor R de 4 por pulgada, mientras que el cemento, un mal conductor, tiene un valor de 0.08 por pulgada.2

La efectividad de una barrera de radiación está indicado por su reflectividad, la cual es una fracción de la radiación reflejada. Un material con una alta reflectividad (en una longitud de onda) tiene una baja absorbitividad, y por consiguiente una baja emisividad. Un reflector ideal tiene un coeficiente de reflectividad igual a 1, lo que significa que refleja el 100% de la radiación entrante. Por otro lado, en el caso de un cuerpo negro, el cual tiene una excelente absorbitividad y emitividad de la radiación térmica, su coeficiente de reflectividad es casi 0. Las barreras de radiación tiene una gran aplicación en ingeniería aeroespacial; la gran mayoría de los satélites usan varias capas aislantes aluminizadas que reflejan la luz solar, lo que permite reducir la transferencia de calor y controlar la temperatura del satélite.

MECANISMO DE TRANSMISIÓN

CONCEPTOS BÁSICOS

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