Ondas (Universo Mecánico 18)
Introducción a las ondas
Resumen de la sección: En esta sección, se introduce el concepto de ondas y cómo estas pueden propagarse a través de un medio sin transportar materia. También se habla sobre la velocidad del sonido y cómo esta puede ser medida.
Las oscilaciones y las ondas
- Las oscilaciones son perturbaciones mecánicas que pueden propagarse a través de un medio sin transportar materia.
- Los experimentos en física experimental son prueba de la pericia e ingenuidad de los físicos experimentales más agudos.
La velocidad del sonido
- El sonido es una onda que se propaga a través del aire, pero su velocidad no es infinita.
- Isaac Newton intentó medir la velocidad del sonido utilizando un péndulo simple para medir el tiempo que tardaba el sonido en ir y volver por un pasillo.
El sonido como una onda
Resumen de la sección: En esta sección, se describe el sonido como una onda y cómo esta puede propagarse a través de un medio. También se introducen los osciladores armónicos acoplados como ejemplo para entender mejor las ondas.
El sonido como una onda
- El sonido es una perturbación que se propaga a una velocidad definida.
- Las ondas también pueden ser formadas por personas, como en el caso de la onda humana de choque.
Osciladores armónicos acoplados
- Los osciladores armónicos acoplados son un ejemplo para entender mejor las ondas.
- Cuando se unen varios osciladores entre sí, una perturbación en uno de ellos pasa al siguiente y así sucesivamente. Esta es la esencia de una honda mecánica.
La propagación de las ondas
Resumen de la sección: En esta sección, se habla sobre cómo las ondas pueden propagarse a través del espacio y cómo estas pueden afectar a otros sistemas mecánicos.
La propagación de las ondas
- Una perturbación en un lugar inevitablemente causa una reacción en otro lugar.
- Cuando se unen simples sistemas mecánicos, una perturbación en uno de ellos pasará al siguiente.
Movimiento armónico simple
Resumen de la sección: En esta sección, se describe el movimiento armónico simple y cómo este puede ser utilizado para entender mejor las ondas.
Movimiento armónico simple
- Cuando se perturba cualquier sistema mecánico estable, la respuesta natural es el movimiento armónico simple.
- El movimiento armónico simple también ocurre cuando varios osciladores están acoplados entre sí.
Osciladores Mecánicos Individuales
Resumen de la sección: En esta sección, se habla sobre cómo los osciladores mecánicos individuales son fáciles de percibir y cómo en muchos casos la onda misma se puede ver con más facilidad que los osciladores individuales.
Propagación de las Ondas
- Las ondas pueden propagarse no solo a lo largo de la superficie del agua
- La velocidad de una perturbación depende del medio que atraviesa y de la conexión entre una partícula de materia y la siguiente
- Todas las ondas que se propagan a través de cualquier medio se llaman ondas mecánicas
Osciladores Armónicos
- Los osciladores armónicos responden y luego vuelven a su posición inicial
- La velocidad con que se mueve la onda depende del medio que atraviesa y de la conexión entre una partícula de materia y la siguiente
Velocidades Distintas en Olas
Resumen de la sección: En esta sección, se habla sobre cómo las olas del sonido y del agua pueden propagarse a velocidades distintas.
Velocidades Distintas en Olas
- Las olas largas avanzan más rápidamente que las cortas lejos fuera en mar profundo
- Cerca de la orilla, todas las olas disminuyen su velocidad a medida que se acercan la tierra
Ondas Transversales y Longitudinales
Resumen de la sección: En esta sección, se habla sobre las ondas transversales y longitudinales.
Ondas Transversales y Longitudinales
- Las masas y los muelles pueden oscilar a lo largo de la dirección que los conecta, llamadas ondas longitudinales
- También se las puede hacer oscilar lateralmente, llamadas ondas transversales
- Las olas no son ondas longitudinales ni transversales. Cada partícula del agua de la superficie da vueltas alrededor de un pequeño círculo
Velocidad del Sonido
Resumen de la sección: En esta sección, se habla sobre cómo las ondas sonoras pueden oírse pero no verse.
Velocidad del Sonido
- La velocidad del sonido depende de la presión y de la densidad del aire
- En el aire, la velocidad del sonido es aproximadamente igual a la raíz cuadrada de la presión dividida por la densidad del aire
La teoría de la velocidad del sonido de Isaac Newton
Resumen de la sección: En esta sección, se habla sobre cómo Isaac Newton desarrolló su teoría de la velocidad del sonido y cómo tuvo que hacer un juicio de valor para determinar si su teoría era correcta o no.
La teoría de la velocidad del sonido
- Isaac Newton desarrolló una teoría sobre la velocidad del sonido.
- William Del Hang consiguió un resultado más preciso que el de Newton.
- El resultado obtenido por Del Hang fue 1.142 pies ingleses por segundo.
Juicio de valor
- Newton tuvo que hacer un juicio de valor para determinar si su teoría era correcta o no.
- La coincidencia o no coincidencia entre los números es satisfactoria o no lo es.
- A pesar del margen del 20% en su cálculo, el logro intelectual de Newton fue sorprendente.
El apaño hecho por Isaac Newton
- Newton hizo un apaño para corregir su teoría.
- Según él, el sonido se propaga a través del espacio entre las moléculas del aire y no a través del aire en sí mismo.
- El aire contiene vapor de agua y esto debe ser tenido en cuenta al calcular la velocidad del sonido.
- Agregando todas las correcciones, Newton obtuvo un resultado más cercano al de Del Hang.
- El resultado final fue de 1.143 pies ingleses por segundo.
La verdadera razón de la discrepancia
- La verdadera razón de la discrepancia entre el cálculo de Newton y la velocidad medida del sonido es que el aire se calienta cuando se le comprime causando una recuperación ligeramente más rápida que la esperada.