Características de un M.A.S.

Un movimiento armónico simple (M.A.S.) se caracteriza por ser:

• Periódico: Cada cierto tiempo, denominado periodo, el cuerpo vuelve a tener las mismas magnitudes cinemáticas y dinámicas.
• Oscilatorio: El cuerpo oscila alrededor de la posición de equilibrio.
• Movimiento rectilíneo con cambio de sentido: El cuerpo se mueve en línea recta entre dos puntos equidistantes a la posición de equilibrio, limitados por la amplitud.

Magnitudes de un M.A.S.:

• Elongación (x): Separación del cuerpo de la posición de equilibrio.
• Amplitud (A): Es la elongación máxima que experimenta el cuerpo.
• Periodo (T): Es el tiempo que tarda el cuerpo en realizar una oscilación completa (s).
• Frecuencia (f): Es el número de oscilaciones que efectúa un cuerpo en un segundo (Hz).
• Pulsación o frecuencia angular (ω): Es el número de periodos comprendidos en 2π segundos.
• Fase: Ángulo que determina el estado de vibración del cuerpo.

Diagrama energético del oscilador armónico:

Cuando el cuerpo se aleja de la posición de equilibrio, su energía potencial aumenta y la cinética disminuye. Este proceso continúa hasta llegar a uno de los extremos, donde la energía potencial alcanza su valor máximo (la energía total) y la energía cinética se vuelve nula. En este punto, la rapidez disminuye y el movimiento es decelerado, ya que la fuerza restauradora se opone al desplazamiento.

Cuando el cuerpo se aproxima a la posición de equilibrio, la fuerza favorece el movimiento, aumentando su rapidez. Al llegar a la posición de equilibrio, la rapidez alcanza su valor máximo. La energía cinética aumenta hasta su valor máximo y la potencial disminuye hasta anularse. Sin embargo, en cualquier posición, ambas energías son siempre positivas y su suma, la energía mecánica del cuerpo, permanece constante.

Movimiento Ondulatorio

En todo movimiento ondulatorio se cumplen las siguientes condiciones:

• Se precisa un foco emisor.
• Es necesario un medio de propagación, que puede ser material o no. Si el manantial de energía deja de emitir, el medio recupera su estado inicial pasado un cierto tiempo.
• La propagación del movimiento ondulatorio tiene lugar de forma cooperativa: cada punto del medio transmite la perturbación a los puntos vecinos.
• Hay una velocidad finita o limitada de propagación. Cuanto más alejado del foco emisor está un punto del medio, mayor es el retraso con el que alcanza la perturbación.

Concepto de onda:

Una onda es la ecuación matemática que recoge cómo se desplaza espacial y temporalmente por el medio de propagación la perturbación generada en el foco emisor. La visualización completa de una onda es, por tanto, imposible en una única imagen.

Formas de propagación:

• Ondas longitudinales: La dirección de propagación de la onda coincide con la dirección de vibración de las partículas afectadas por la perturbación (ejemplo: el sonido).
• Ondas transversales: La onda se propaga perpendicularmente a la dirección en que vibran las partículas del medio (ejemplos: cuerda tensa o ondas electromagnéticas).

Fase y desfase:

Decimos que dos puntos de la onda están en fase o que tienen igual fase si se mueven en el mismo sentido y sus elongaciones son iguales.

Si las elongaciones y velocidades de dos puntos son iguales, pero con signo opuesto, decimos que están en oposición de fase o que tienen fase opuesta.

Concordancia y oposición de fase:

Dos puntos de una onda están en fase cuando en cualquier instante tienen el mismo estado de vibración.

Atenuación de una onda:

Cuando una onda se propaga por un medio, su intensidad puede disminuir al alejarse del foco emisor, aunque no haya absorción de energía por parte del medio. Este fenómeno se denomina atenuación de la onda.

Ondas sonoras:

Las ondas sonoras son el ejemplo más representativo de ondas longitudinales. Pueden desplazarse a través de cualquier medio material con una rapidez que depende de las características del medio.

Fenómenos Ondulatorios

Frente de onda y rayos:

Se denomina frente de onda al lugar geométrico de todos los puntos del medio afectados por la perturbación en el mismo instante. Los rayos son las rectas que indican la dirección de propagación de la onda.

Para que se produzcan frentes de onda simétricos, el medio ha de ser homogéneo e isótropo. Un medio es homogéneo cuando tiene las mismas propiedades en todos los puntos que lo componen. Un medio es isótropo si tiene las mismas propiedades en todas sus direcciones.

Reflexión:

La reflexión es el fenómeno físico por el que una onda, al incidir sobre la superficie de separación de dos medios, es devuelta parcial o totalmente al primer medio con un cambio de dirección.

Reflexión del sonido: Eco y reverberación:

Al ser el sonido un movimiento ondulatorio, tiene la propiedad de reflejarse cuando encuentra un obstáculo. La reflexión de las ondas sonoras es la causa del eco y la reverberación.

El eco se produce solo si nuestro oído es capaz de distinguir el sonido emitido del reflejado, para lo cual entre ambos debe transcurrir, al menos, 0,1 s.

Si no transcurre ese tiempo, el oído no puede diferenciar claramente el sonido reflejado del emitido y se produce el fenómeno de la reverberación. La distancia mínima a la que debe encontrarse un obstáculo para que no haya reverberación es de 17 metros.

Refracción:

Se denomina refracción al cambio en la dirección de propagación que experimenta una onda al pasar de un medio a otro diferente. En este segundo medio, la onda refractada se propaga con distinta velocidad.

Interferencias:

Principio de superposición:

Cuando dos o más ondas se encuentran en el espacio, sus perturbaciones individuales se suman, obteniéndose una nueva onda. Las ondas superponen sus efectos, continuando después sin haberse modificado mutuamente.

Interferencia constructiva:

La amplitud resultante es máxima y se produce una interferencia constructiva en aquellos puntos del medio para los cuales la diferencia entre las distancias a cada foco es un número entero de longitudes de onda. Las ondas llegan en concordancia de fase a estos puntos, denominados vientres.

Interferencia destructiva:

La amplitud resultante es cero y se produce una interferencia destructiva en aquellos puntos del medio para los cuales la diferencia de camino a los focos es un número impar de semilongitudes de onda. Las ondas llegan en oposición de fase a estos puntos, denominados nodos.

Ondas estacionarias:

En las ondas estacionarias habrá puntos donde la amplitud será máxima (vientres) y puntos donde la amplitud se anule (nodos). En los vientres, la amplitud máxima se produce en aquellos puntos cuya distancia al origen es un número impar de cuartos de longitud de onda. La amplitud de una onda estacionaria se anula en los puntos cuya distancia al origen es un número par de cuartos de longitud de onda.