Punto de equilibrio de una onda

Tema 1

Constante Físicas: valor de una magnitud física que permanece invariable en todo proceso Físico o químico a lo largo del tiempo. ( No imp)

Hay dos Tipos:

Particulares: Dependen de la naturaleza de los cuerpos que intervienen en el fenómeno.

Universales: No dependen de la naturaleza de los cuerpos en cuestión.

Teorema de Buckingham:Las leyes de la Física deben ser coherentes y tener a cada lado de La igualdad expresiones con las mismas dimensiones.

El valor Exacto de una magnitud no se puede llagar a conocer, pero sí se puede Determinar un margen de fiabilidad de la medida, denominado error o Incertidumbre.

Análisis Dimensional: Buscar errores en la fórmula.

Errores se Clasifican en:

Sistemáticos: Producidos por una metodología Incorrecta o un instrumento defectuoso.

Accidentales: Producidos aleatoriamente, de forma Que, para minimizar sus efectos, se deberán realizar varias medidas.

Dos tipos de Vectores:

COLINEALES: Si se encuentran sobre la misma línea de acción.

CONCURRENTES: Si sus líneas de acción concurren en un mismo punto.

Interpolación: Consiste en hacer pasar una recta por dos puntos de una tabla.

Tema 2

Fuerza= es Una “influencia” que, al actuar sobre un objeto hace que éste cambie su estado De movimiento.

Propiedades:

YUna fuerza siempre es aplicada por un objeto material a otro.

YUna Fuerza se caracteriza por su módulo y por la dirección en que actúa, es decir, Una fuerza es un vector.

YCuando Un cuerpo
A ejerce una fuerza sobre otro cuerpo B, el cuerpo B ejerce, Simultáneamente, una fuerza sobre el cuerpo A.

Leyes de Newton

1.Un Cuerpo permanece en su estado inicial de Reposo o movimiento con velocidad uniforme a no ser que se ejerza una Fuerza de desequilibrio externa.

2. La aceleración de un cuerpo es Inversamente proporcional a su masa y directamente proporcional a la fuerza Externa resultante que actúa sobre él.

3.
Las fuerzas siempre se presentan por parejas.
Por cada fuerza ejercida Sobre un cuerpo A, existe un agente externo B que ejerce otra fuerza.

La Tercera ley establece que, dicho cuerpo A ejerce una fuerza igual y opuesta al cuerpo B. Fuerzas de acción y reacción.

Si Dos, o más, fuerzas actúan, simultáneamente sobre el mismo objeto, su efecto es El mismo que el de una fuerza única igual a la suma vectorial de las fuerzas Individuales.

Tipos De fuerzas:

Fuerzas De contacto: Ejercidas por objetos en contacto directo.

Fuerzas De acción a distancia: Ejercidas por fuerzas que actúan a través del espacio.

Ley de Hooke:

Si un muelle se comprime, o se Estira, y se deja en libertad, vuelve a su posición original o natural, siempre Que el desplazamiento no sea excesivamente grande (existe un límite a partir Del cual no recupera su forma y queda deformado permanentemente).

Fuerzas De rozamiento están clasificadas entre aquellas fuerzas pasivas que tratan de Impedir o retardar el movimiento,

El Rozamiento estático resulta muy práctico en la vida cotidiana, ya que Sin él no podríamos sostener un lápiz, o escribir con él, no podríamos caminar, La acción de las poleas sería imposible…

En Cambio, el rozamiento cinético resulta un inconveniente, ya que, al Actuar únicamente cuando el cuerpo está en movimiento, habrá que consumir energía para mantener el movimiento uniforme de un automóvil, por ejemplo.

Puntos Materiales= Toda la masa concentrada en un punto.

Los Cuerpos reales son extensos y al aplicar una fuerza sobre ellos, no sólo Producirá movimientos de traslación, sino también de rotación (giros).

Momento de Una fuerza: tendencia de una fuerza a originar una rotación alrededor de un Punto, y depende del módulo de la fuerza y de su distancia al centro de giro.

Es un objeto Que no tiene tendencia a ponerse a girar se dice que está en equilibrio Rotacional.

El momento de Una fuerza es una medida cuantitativa de la tendencia de una fuerza a producir Rotación alrededor de un punto, y se caracteriza por su módulo y su signo:

1. Cuanto Mayor es el módulo del momento (en valor absoluto), mayor es la facilidad de la Fuerza para producir el giro.

2. La distancia Al centro de giro se considera perpendicular desde el centro de giro a la línea De acción de la fuerza, entendiendo por línea de acción a la recta en la Dirección de la fuerza que pasa por el punto donde se aplica dicha fuerza.

El signo de  Se considera positivo si la fuerza tiende a producir una rotación, alrededor Del centro de giro, en sentido contrario a las agujas del un reloj.

El signo de  se considera negativo si la Rotación se produce en el sentido de las agujas del reloj.

El signo de  Solo indica el sentido de giro.

Un objeto que No tiene tendencia a ponerse a girar se dice que está en equilibrio rotacional.

Condición De momento: para que un objeto esté en equilibrio rotacional, la suma de los Momentos producidos por todas las fuerzas que actúan sobre el objeto ha de ser Nula.

Condición De equilibrio estático: para que un objeto se encuentre en equilibrio estático, Al suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre el objeto y la suma de Todos los momentos que se ejercen sobre el mismo han de valer cero.

El centro De gravedad de un cuerpo es el punto de aplicación de la fuerza resultante De todos los pesos de cada una de las partes que conforman el cuerpo, de tal Forma que se comporta como si todo su peso se encontrara concentrado en él.

Carácterísticas:

1. La fuerza De la gravedad sobre un objeto produce un momento nulo alrededor de su centro De gravedad (método para localizar el centro de gravedad de objetos simples).

2. El centro De gravedad de un objeto rígido es el punto de equilibrio (también se utiliza Para localizar el centro de gravedad).

3. En un Objeto rígido, el centro de gravedad es un punto fijo con respecto al objeto, Aunque no esté, necesariamente, localizado en el propio objeto.

4. En un Objeto flexible, como el cuerpo humano, la posición del centro de gravedad Varía cuando el objeto cambia de forma.

Tema 3

Energía= Es La medida de la capacidad de “algo” para producir trabajo.

Fuerza Conservativa: aquella que realiza el mismo trabajo al mover un objeto de un Punto inicial A hasta un punto final B, cualquiera que sea el camino empleado.

• La fuerza De la gravedad es un ejemplo de fuerza conservativa, y la fuerza de rozamiento Un ejemplo de fuerza no conservativa.

• Para Cualquier fuerza conservativa es posible definir, en cada punto, una magnitud Llamada Energía Potencial, U , como el trabajo realizado por la fuerza al Desplazar un objeto desde un punto A hasta otro B por cualquier camino

Un péndulo es un dispositivo que Convierte, continuamente, su energía potencial en cinética y viceversa.

Ley de Conservación de la Energía : La energía ni se crea ni se destruye, sólo se Transforma.

Tema 4

Esfuerzos= comportamiento De los objetos deformables, se utiliza el concepto esfuerzo,  (N/m2), , que se Define como la fuerza por unidad de área.

El Comportamiento no lineal puede ser:

ØElástico: Al cesarel esfuerzo aplicado, el objeto Recupera el tamaño y la forma iníciales.

ØNo Elástico o plástico: al cesar el esfuerzo, persiste una deformación permanente.

Tipos De esfuerzos:

De Tracción: se da cuando se Somete un cuerpo a dos fuerzas iguales y de sentido contrario.

La ley de Hooke se utiliza en mecánica para relacionar la fuerza que ejerce un muelle Separado de su posición de equilibrio una distancia l sobre un cuerpo sujeto a su extremo. Donde k es la constante elástica.

Esfuerzo De Compresión se produce cuando dos fuerzas iguales y de sentidos opuestos comprimen un objeto.

La diferencia Entre ambas es que, el valor del módulo De Young para los esfuerzos de compresión en los materiales no Homogéneos es menor que el módulo de Young para el mismo material para un esfuerzo De tracción. Los materiales homogéneos, tienen el mismo valor del módulo De Young para compresión y para tracción.

Al comprimir O estirar un objeto en una dirección se produce también una contracción o una Expansión en las direcciones perpendiculares a la dirección de tracción o Compresión.

El módulo de Young y el coeficiente de Poisson especifican de Forma completa las propiedades elásticas de un material homogéno.

Principio De superposición: si Sobre un cuerpo actúan unas fuerzas en una dirección que originan una Deformación y sobre otra dirección actúan varias fuerzas que producen diversas Deformaciones, la deformación final será la suma de cada una de las Deformaciones que individualmente ejerza cada conjunto de fuerzas.

Los dos casos Más interesantes son aquellos en los que T( Tensión) cumple la ley de Hooke y depende del tamaño de la superficie, Como en el caso de los vasos sanguíneos, en la membrana celular, o, en General, en sistemas elásticos. Y el otro caso, donde T no depende del tamaño de la superficie, como en los casos de Líquido en contacto con un gas.

• En Fisiología,a la presión Pe se la conoce Como presión transmural, que es la diferencia De presión entre las paredes de un vaso sanguíneo.

Flexión: Flexión al tipo de deformación que presenta un elemento estructural alargado en Una dirección perpendicular a su eje longitudinal.

El caso de Los esfuerzos de flexión y torsión, la forma y la composición son muy Importantes

Silas fuerzas se mantienen dentro de unos límites, la flexión será elástica, es decir, una vez cese la Causa que la origina, la barra Recuperará su forma inicial.

Si los Esfuerzos son todavía más moderados, la barra Estará dentro de la regíón lineal y la deformación Será proporcional al esfuerzo.

Superficie Neutra= Lugar en el que no actúa ninguna fuerza de esta naturaleza.

Las zonas más Separadas del centro de la barra, es decir, de la superficie neutra, Experimentan una deformación mayor, lo cual quiere decir que sobre ellas se Produce también un esfuerzo mayor.

A mayor separación de la superficie Neutra mayor es la deformación y cuanto más pequeño es el radio de curvatura, Mayor es la deformación.

En cada Sección, estos esfuerzos son distintos, ya que las deformaciones también lo Son. Estos esfuerzos producen un momento respecto de la superficie neutra que Es el que compensa el momento producido por el peso y por las fuerzas de los Soportes laterales. Este momento se denomina Momento flexor.

Los esfuerzos Tangenciales son los que originan las deformaciones Tangenciales.

La Deformación tangencial,  t , es mayor cuanto menor es h

Tema 5

La Termodinámica estudia la energía interna de un sistema y los medios por los Cuales intercambia dicha energía con el medio ambiente que la rodea.

Calor y Trabajo son los dos modos como la energía es intercambiada entre un sistema y Su medio ambiente

Un sistema Que se encuentra en equilibrio mecánico y térmico se dice que está en Equilibrio termodinámico.

El calor es La energía que se ha transmitido entre los dos sistemas termodinámicos.

El calor es La energía que pasa del cuerpo con mayor temperatura a otro con menor Temperatura.

Temperatura: Es la propiedad que tienen en común dos Sistemas termodinámicos cuando están en equilibrio entre sí, es decir, Cuando sus variables termodinámicas no cambian con el tiempo. Este hecho Constituye el llamado Principio Cero de la Termodinámica.

A mayor Agitación de partículas mayor temperatura.

Primer principio de la Termodinámica

Cuando se introduce una cantidad de calor Q en un sistema, mientras éste Realiza un trabajo W , la variación de la energía interna del sistema se Expresa como:

∆U= Q –W

El calor Específico es una propiedad carácterística de la sustancia que se puede tratar Como una constante.

En la transformación Isobárica, la temperatura se relaciona con la variación de la energía del Sistema

K i l o c a l O r í a ( k c a l )como la cantidad de calor que eleva en un grado Celsius la Temperatura de un kilogramo de agua.

Una sustancia Está sufriendo un cambio de estado, la temperatura permanece constante, ya que Toda la energía intercambiada se invierte en el cambio de estado.

Cuando una Sustancia está sufriendo un cambio de estado, la temperatura permanece Constante, ya que toda la energía intercambiada se invierte en el cambio de Estado.

Calor Latente De Transformación, L, de una sustancia al calor, Q,necesario por unidad de masa, m, para que se Produzca el cambio de estado de la misma.

Existen cuatro Procedimientos para la transferencia de Calor de unos sistemas a otros.

Estos son:

Conducción: Se produce transferencia de energía, pero sin transporte de masa, es un Fenómeno típico de sustancias sólidas, en el que las partículas más energéticas (más rápidas) ceden parte de su energía mediante colisiones a las menos Energéticas (menos rápidas, de menos temperatura), pero sin que exista Variación en la posición relativa de las partículas.

Convección: Transmisión de energía en un líquido o gas por la transferencia real de fluido De alta temperatura desde una regíón de temperatura más elevada a otra de Temperatura más baja.

Ejemplos: Convección que es establece al utilizar un radiador doméstico. Circulación del Aire en la atmósfera terrestre.

Radiación: Es la energía electromagnética que se propaga a través del espacio vacío a la Velocidad de la luz. La luz es una forma de radiación, pero existen otras, como Al radiación infrarroja y la ultravioleta, que difieren entre sí en la longitud De onda.
Por tanto, no precisa medio material para su transporte.

Cuerpo Negro: objeto que absorbe toda la Radiación que incide sobre él.

Reflector Perfecto: objeto que no absorbe ninguna Radiación incidente.

Evaporación: Es la transformación de moléculas desde la fase líquida a la fase gaseosa. Sólo se evaporan las moléculas más energéticas, es decir, aquellas con energía Cinética suficiente para vencer la fuerza de cohesión del líquido. La pérdida De estas moléculas de alta energía hace bajar la energía cinética media de las Moléculas que permanecen en el líquido, motivo por el cual, la temperatura del Líquido desciende también.

Cuando El estado es modificado súbitamente, el sistema puede no estar en equilibrio Durante un rato, es decir, hay un periodo de tiempo en el cual el estado Termodinámico no está definido. Por tanto, el sistema va de un estado a otro sin Pasar por los estados intermedios. A esto se llama Transformación Irreversible.

Cuando El estado se modifica lentamente, es decir, la transformación se realiza paso a Paso, de forma que el sistema siempre está en equilibrio, y va pasando de un Estado de equilibrio a otro (estados intermedios de la transformación), se Dice que el sistema ha sufrido una Transformación Reversible.

Una Transformación adiabática es aquella en la que no se permite que el calor entre O salga del sistema.

ØUna transformación isotérmica es aquella En la que la temperatura se mantiene constante. Durante una expansión Isotérmica fluye calor al gas para así mantener constante su temperatura.

ØUna transformación isocora es aquella en La que el volumen del sistema se mantiene constante. En este caso, el Estado del gas puede modificarse por calentamiento.

ØUna transformación isobárica es aquella En la que la presión del sistema se mantiene fija.

Segunda ley de la termodinámica establece transformaciones en la Primera

La segunda Ley de la Termodinámica prescribe aquellos procesos que no pueden ocurrir Espontáneamente.

Existen Muchos enunciados equivalentes de esta ley:

Enunciado De Kelvin de la segunda ley de la Termodinámica: Es imposible construir un Dispositivo que pueda, sin ningún otro efecto, levantar un objeto extrayendo Energía térmica de otro.

Este Enunciado quiere decir que, la energía térmica no puede convertirse, Completamente, en energía potencial sin ningún otro efecto, es decir, sin que Suceda algo más.

Enunciado De Clasius de la segunda ley de la Termodinámica

Es imposible Construir un dispositivo que pueda, sin ningún otro efecto, transferir calor Desde un objeto frío hasta otro más caliente.

• Este Enunciado quiere decir que, el calor no puede ser transferido desde un objeto Frío a un objeto más caliente sin ningún otro efecto.

• Los Enunciados de Kelvin y Clausius son equivalentes. Esto quiere decir que, si Fuese posible construir un dispositivo en contradicción con el enunciado de Kelvin, sería posible construir un dispositivo en contradicción con el Enunciado de Clausius

Rendimiento de máquinas:

Una Aplicación importante de la segunda ley es el cálculo del rendimiento de Máquinas.

• Una máquina es un dispositivo que convierte La energía en trabajo.

• Todas las Máquinas reales operan en ciclo, volviendo el sistema reiteradamente a su Estado inicial.

El Rendimiento e de una máquina es el cociente entre el trabajo realizado y el Calor absorbido

Ciclo de Carnot consta de.

Camino 1: el sistema se expansiona, primero isotérmicamente, desde A hasta B, luego adiabáticamente, de B a C, lo cual hace bajar la temperatura. En esta parte se realiza un trabajo W1 Y durante el trozo isotérmico se absorbe el calor Q1 a la temperatura T1

Camino 2: el sistema es comprimido, Primero isotérmicamente desde C Hasta D, y después adiabáticamente desde D hasta A, lo cual hace subir la Temperatura. En esta segunda parte del ciclo, se realiza un trabajo sobre la Máquina –W2 y durante la porción isotérmica se cede el calor Q2 a la Temperatura T2 .

Hechos Importantes en torno a una máquina de Carnot: 1

Una Máquina de Carnot es la de mayor Rendimiento que funciona entre dos temperaturas Tcaliente y Tfrio .

El Rendimiento de una máquina de Carnot es independiente De la sustancia activa.
Es decir, el rendimiento es el mismo tanto si la sustancia es un gas ideal, un gas Real o incluso un líquido.

El rendimiento de una máquina de Carnot que Funciona entre las temperaturas absolutas Tcaliente y Tfrio es

Tema 6

Concepto De Fluido:Los fluidos son una forma de Agregación de la materia caracterizada por no tener forma propia. En Un fluido, las moléculas pueden deslizarse entre sí, venciendo una pequeña Fuerza de rozamiento (o viscosidad) entre moléculas o capas adyacentes.

Concepto De Presión: Cuando sumergimos Un cuerpo en un fluido, se produce una fuerza, que considerada por unidad de Superficie define la presión.

Principio De Pascal: Si en un Punto de un fluido se ejerce una presión, ésta se transmite de forma Instantánea y con igual intensidad en todas direcciones.

La Prensa hidráulica y los mecanismos denominados hidráulicos de automóviles, Grúas y máquinas en general, se basan en este principio.

La Ecuación fundamental de la hidrostática establece que, la presión de fluido a Una profundidad B es igual a la presión del fluido a una profundidad A (menor) Más el producto de la densidad del fluido, por la diferencia de altura entre Los dos puntos, por la aceleración de la gravedad.

Principio de Arquímedes

Todo cuerpo sumergido en un fluido Experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso del volumen del Fluido desalojado.

Lo Que quiere decir es que, por el hecho de estar un cuerpo sumergido en un Fluido, aparece una fuerza sobre él, denominada empuje, E,dirigida hacia Arriba, y que es igual al peso, P , del fluido desalojado.

Aplicaciones Del principio de Arquímedes: Instrumentos que se basan en el principio de Arquímedes son, por ejemplo: un Densímetro, la balanza de Mohr, el Termómetro de Galileo o el Diablillo de Descartes.

Los fluidos reales Presentan fuerzas de rozamiento (fuerzas viscosas) que se pueden considerar o No, según sea el tipo de estudio que se haya a realizar.

Estacionario: La velocidad de la partícula en la conducción depende sólo de la posición.

No Estacionario: la velocidad e la partícula depende de la posición y del tiempo.

Laminar:las Líneas de corriente (trayectorias de las partículas en régimen estacionario )
no se entrecruzan, es decir, se deslizan unas sobre las otras como Estratos independientes.

Turbulento:las Líneas de corriente se entrecruzan Dando lugar a turbulencias o remolinos independientes

No Viscoso: se prescinde de la fricción Entre moléculas.

Viscoso: Es el caso real, en el que se tiene en Cuenta el rozamiento viscoso entre partículas.

El Régimen estacionario, laminar y no viscoso, recibe el nombre de régimen de Bernoulli y es un régimen ideal.

El Régimen estacionario, laminar y viscoso es el real, y se denomina régimen de Poiseulle.

El Régimen estacionario, turbulento y viscoso (también real), recibe el nombre de Régimen de Venturi.

Se Define Gasto cúbico o volúmico, G o simplemente gasto, al volumen de fluido, V, Que atraviesa una superficie por unidad de tiempo.

Se denomina Régimen de Bernoulli al régimen estacionario, laminar y no viscoso. Por tanto, Es un régimen ideal.

Efecto Venturi :En la zona ancha de una conducción horizontal hay más presión que en La zona estrecha.

La velocidad De salida por un orificio en un recipiente abierto, en el que la superficie Libre del líquido está a una altura h sobre el orificio lateral de salida, se Calcula aplicando el teorema de Bernoulli.

Tema 7

La principal Propiedad de las ondas es el transporte de energía sin transporte de masa.

El movimiento Oscilatorio se presenta al perturbar un sistema que se halla en equilibrio Estable, por ejemplo, una masa sujeta a un muelle, la masa de un péndulo o un Objeto flotando sobre el agua, al ser separados de la posición de reposo, Comienzan a oscilar.

Onda= Es la propagación De una perturbación en la que se produce transporte De energía sin transporte de masa, de forma que cada punto alcanzado por la Perturbación vibra alrededor de su posición de equilibrio reproduciendo la Vibración del foco.

• La mayor Parte de las perturbaciones naturales se corresponden con oscilaciones Armónicas.

• La ecuación De la onda será la propagación en el espacio de dicha oscilación armónica.

Hay dos tipos Según la forma de propagarse que son:

Ondas Longitudinales la Vibración de cada punto se realiza en la misma dirección que la de Propagación de la onda.

Ondas Transversales la Vibración de cada punto se efectúa en una dirección perpendicular a la De propagación de la onda.

Según el medio en el que Se propagan, las ondas se clasifican en:

Ondas Materiales o mecánicas:precisan de un medio Material para su propagación, también se denominan ondas mecánicas.

Ondas Inmateriales o electromagnéticas
: no Precisan medio material para su propagación, aunque la presencia del mismo No es necesariamente incompatible con la propagación de una onda Electromagnética.

La energía Que es capaz de transportar una onda material es la energía que posee cada una De las partículas en su oscilación armónica.

La intensidad de una onda es la energía que, Por unidad de tiempo, atraviesa una superficie unidad, S, colocada de forma Transversal a la dirección de propagación de la onda. Si se tiene en cuenta que La energía, E, por unidad de tiempo, t, es la potencia, P, también podemos Definir la intensidad de una onda como la potencia por unidad de superficie.

Ondas Planas y esféricas:

Según su Forma de propagarse, las ondas se pueden clasificar en:

Ondas planas: cuando los rayos de propagación Son paralelos entre sí

Ondas esféricas: los rayos de propagación son divergentes.

Atenuación Y absorción

Atenuación: Es el fenómeno que se produce como consecuencia del reparto de la energía de una onda esférica en superficies cada vez Mayores.
Y no supone pérdidas energéticas.

Absorción: Proceso en el que una onda interacciona Con un medio, parte de su energía se Disipa en el medio, como consecuencia de los rozamientos intermoleculares Que provocan pérdidas energéticas en forma de calor.

Efecto Doppler

Existe una variación Que se experimenta en la percepción de la frecuencia de una onda cuando el Observador, el foco, o ambos, están en movimiento.

En una zona Disminuye la longitud de onda y en otra aumenta.

Tiene aplicación en observaciones astronómicas, Ya que permite conocer la velocidad relativa de una estrella con respecto a Nuestra posición, puesto que en la luz emitida por ella, se pueden observar Diferentes líneas espectrales, que revelan la presencia de distintos elementos Químicos.

En Laboratorios, se han medido con mucha precisión, las longitudes de onda Correspondientes a dichas líneas espectrales, por lo que, comparando el Espectro de una estrella con uno obtenido en el laboratorio, se puede comprobar Si dichas líneas aparecen desplazadas o no. Además, se puede deducir hacia que Lado se han desplazado, y el valor de ese desplazamiento indica cuál es la Velocidad el astro.

Una consecuencia Del efecto Doppler es el conocido fenómeno Del estampido que se produce cuando un avión supera la velocidad del sonido (barrera del sonido).

un avión que Viaja a velocidad inferior a la del sonido; en la segunda viaja a la velocidad Del sonido, en la zona frontal se produce un gran incremento de presión que es La causante del estampido.

Al viajar a La velocidad del sonido, si el ambiente tiene una elevada humedad, se produce Una condensación instantánea de vapor de agua alrededor del avión.

El sonido es una onda material de Propagación longitudinal, que consiste es una sucesión de compresiones y Enrarecimientos, que se producen en el medio en que se propaga con una Velocidad que depende de sus propiedades elásticas.

Las ondas se Producen en el foco sonoro, en el Que tiene origen la vibración y al propagarse la onda sonora se producen Fluctuaciones de presión en el medio, que al actuar sobre el tímpano originan La percepción fisiológica del sonido.

Un sonido se Caracteriza, en su percepción, por tres cualidades, que son las que nos Permiten diferenciar un sonido de otro, y son la intensidad, el tono y el Timbre.

Intensidad :

Se puede Considerar desde el punto físico (objetivo) y desde el punto de vista Fisiológico (dependerá del observador).

La intensidad Física es la energía por unidad de superficie (colocada transversal a la Dirección de propagación), por unidad de tiempo, y se mide en W/m2.

Esta Intensidad es proporcional al cuadrado de la amplitud y al cuadrado de la Frecuencia.

Tono:

• Es la cualidad del sonido que se Corresponde con la frecuencia del mismo.

• El oído Humano puede percibir frecuencias comprendidas entre 20 y 20000hertzs de forma Que, las frecuencias altas se corresponden con los tonos altos, o Agudos, mientras que las bajas frecuencias se corresponden con los tonos Graves, o bajos.

• Frecuencias Por encima de 20Hz se denominan infrasonidos, y por encima de 20000Hz, Ultrasonidos; ambos son inaudibles para el oído humano, pero no para Determinados seres vivos o dispositivos electrónicos.

Timbre:

• Es la cualidad que nos permite distinguir Dos sonidos de la misma amplitud y frecuencia, pero emitidos por dos focos diferentes (por ejemplo, un piano y una Guitarra).

• El timbre Se debe a que los sonidos no son vibraciones puras, sino que cada vibración Principal va acompañada de otras vibraciones, llamadas secundarias, que al Superponerse con la vibración principal proporcionan la carácterística propia De cada foco sonoro o instrumento musical que denominamos timbre.

Ultrasonidos

• Ultrasonido Es un sonido con frecuencia por encima de 20000Hz.

• Por tanto, Para producir un ultrasonido, hay que conseguir que un elemento material vibre A una frecuencia superior a los 20000Hz.

• Los tres Procedimientos usuales en la producción de ultrasonidos son magnetostricción, piezoelectricidad y Termoelasticidad.

Magnetostricción:

es la propiedad de los materiales Magnéticos que hace que éstos cambien de tamaño al encontrarse en Presencia de un campo magnético. Ajustando la frecuencia de la corriente Alterna, utilizada para producir un campo magnético variable, a valores Superiores a 20000Hz, habremos producido un ultrasonido.

Piezoelectricidad

Este efecto consiste en aplicar Presión a cristales, o láminas, piezoeléctricas, con lo que se inducen Cargas eléctricas de signo opuesto entre sus caras. Si en vez de presión Se aplica tracción, las cargas inducidas son de signo contrario que en el caso Anterior. De forma recíproca, al aplicar sobre estos materiales una tensión Eléctrica alterna, se producen dilataciones y contracciones produciendo Vibraciones mecánicas. Si la tensión eléctrica la produce una corriente alterna De alta frecuencia, se producirá una vibración mecánica con al misma frecuencia Que la de la corriente alterna inductora, es decir, se producirán ultrasonidos.

Cristales Piezoeléctricos naturales son el cuarzo, la blenda, la turmalina…

Termoelasticidad:

Cuando la luz intensa como un Láser pulsante incide sobre un material, se produce un proceso Termoelástico que hace variar el volumen del mismo y crea el ultrasonido.

Cualquier Dispositivo capaz de producir ultrasonidos se denomina transductor y puede funcionar también como receptor de Ultrasonidos.

Propiedades Físicas de los ultrasonidos

Direccionalidad: Cuanto mayor sea la frecuencia mayor será la direccionalidad del haz, hasta Casi poder decir que se propaga en línea recta.

Intensidad Del haz: A igual amplitud, los ultrasonidos son mucho más energéticos que los Sonidos audibles. Las intensidades terapéuticas oscilan entre los 0,5 y los 2W/cm2, y los utilizados en diagnóstico, entre 1 y 10W/cm2.

Propagación:

La velocidad de propagación de una onda Depende del medio por el que se propaga

En el cuerpo humano, la velocidad De propagación de ultrasonidos por los diferentes tejidos y fluidos será Diferentes, oscilando entre los 330m/s en el aire, 400-1100m/s en los pulmones, 1450m/s en la grasa, 1570m/s en la sangre, 1585m/s en el músculo o los 4080m/s En el hueso. Conoces la velocidad de propagación de los ultrasonidos y, por Tanto, el tiempo que tarden en regresar al emisor, permite calcular la Distancia a la que se encuentra la interfase que genera el eco.

Aplicación de los ultrasonidos

Efectos Térmicos: Hay que tener en cuenta que la temperatura Es una medida del estado de agitación de las partículas del medio Considerado y, por tanto, si se lanza sobre él un haz ultrasónico, las Partículas del medio vibrarán con la misma frecuencia que posea el haz de ultrasonidos, Provocando un rápido incremento de la temperatura.

Este Hecho tiene aplicación para proporcionar calor a determinados tejidos Cartilaginosos y órganos internos del cuerpo humano.

Efectos Químicos: La agitación de las partículas Facilita la realización de determinados tipos de reacciones químicas, por lo Que la acción de los ultrasonidos será beneficiosa para la realización de las Mismas, y por la misma razón son de utilidad para facilitar las disoluciones y La rápida homogeneización de las mismas.

Efectos Mecánicos: Ruptura de moléculas y células:

Cuando Sobre una molécula se hace incidir un haz ultrasónico en dirección longitudinal A la misma, la molécula estará sometida a fases de compresión y descompresión Que, si son de la intensidad adecuada, pueden provocar la ruptura de la Molécula.

Efectos Eco: Medicina y biología:

La Aplicación más conocida es, sin duda, la Ecografía.

La Idea consiste en aplicar ultrasonidos a Través de la piel en el organismo del paciente (con intensidad de unos pocos Miliwatios). Éstos se reflejan a medida que van pasando de unos medios a otros Y los ecos son procesados para mostrarlos, finalmente por pantalla.

Al Paciente se le debe aplicar un gel sobre la piel antes de producir los Ultrasonidos. Este gel sirve como acoplo de impedancias para evitar la Reflexión excesiva del ultrasonido en al propia superficie de la piel.

Dado Que, lo que se está emitiendo son pulsos ultrasónicos, en la práctica se habla De métodos diagnósticos de eco pulsado

Lo Más novedoso en esta materia es la creación de ecografías tridimensionales, que Proporcionan imágenes de gran calidad. • Este tipo de ecografías ayudan a la Detección precoz de malformaciones y defectos genéticos.

Técnicas Doppler:

Recordemos Que, cuando un haz sonoro se refleja En una superficie inmóvil, la Frecuencia del haz reflejado es la misma que la del transmitido, pero si la Superficie se mueve, el ultrasonido Reflejado tendrá diferente frecuencia que el emitido (efecto Doppler), lo Que permite conocer la velocidad con la que se acerca o aleja la superficie Reflectante.

Esta Técnica se puede aplicar, por ejemplo, a la detección de estrechamientos en las conducciones que, en Diagnóstico médico, permite detectar los estrechamientos que se producen en los Vasos sanguíneos, o ateromas.

En La zona donde se sitúa el ateroma, La velocidad de los hematíes es superior a la velocidad que presentan en las Zonas sin obstrucción. Este incremento de velocidad puede ser, fácilmente, comprobado Mediante efecto Doppler.

Los Ultrasonidos también poseen propiedades terapéuticas. La energía de los Ultrasonidos se puede utilizar para que aumente la cantidad de medicamento que Puede entrar en las células, debido a que los ultrasonidos crean poros en las Membranas celulares que regulan, de algún modo, la entrada de fármacos en la Célula.

Aplicaciones Industriales y técnicas:

Una De las principales aplicaciones de los ultrasonidos es la que tiene que ver con Los sensores para guiado y sondeo.

Se Trata de la técnica de acústica submarina aplicada al sondeo del fondo del Mar, navegación de submarinos, detección de bancos de pesca…..

El Uso de ultrasonidos a modo de radar es utilizado por animales, Concretamente por los murciélagos, cuyos sentido del oído está muy Desarrollado, llegando incluso a escuchar frecuencias cercanas a los 100kHz. Estos animales emiten pulsos ultrasónicos que rebotan en los objetos de Alrededor. Los ecos son procesados y el murciélago puede llegar a tener una Verdadera percepción tridimensional del ambiente.

Tratamiento De productos alimenticios:

La Aplicación de ultrasonidos se llama de Procesado mínimo, puesto que la idea es destruir los microorganismos que dañan los alimentos, pero sin cambiar La apariencia externa de los mismos.

Lo Que hacen las ondas ultrasónicas es destruir La membrana celular de estos organismos, provocándoles la muerte. De todas Formas, esta técnica no es válida para Cualquier producto, puesto que algunos conducen muy bien los ultrasonidos, Y otros no.

Se Está investigando la aplicación de ultrasonidos en la purificación del agua, Concretamente para la limpieza de filtros.

Las Técnicas ultrasónicas también tienen su aplicación en el cálculo del Porcentaje de grasa de un alimento. Esto se debe a que hueso, músculo y Grasa poseen impedancias acústicas distintas, luego se puede medir el grosor Del tejido graso y hacer una estimación del total de grasa contenido en el Cuerpo.

• La utilización de los ultrasonidos en la industria es variada. Se pueden encontrar Detectores de defectos en piezas metálicas, medición de espesor de las mismas, Apertura automática de puertas….

Tema 8

La Electricidad es una fuerza fundamental de la naturaleza, análoga a la fuerza de La gravedad.

La Fuerza eléctrica entre dos objetos depende de su carga.

• La carga es una propiedad básica de las partículas elementales (electrones, Protones y neutrones) que componen toda la materia.

Ley De Coulomb: La electricidad es una fuerza que actúa a distancia entre dos Objetos cuyas cargas son q1 y q2.

La Fuerza eléctrica entre dos objetos con cargas q1 y q2 separadas por una Distancia r viene dada por la ley de Coulomb

La Fuerza eléctrica puede ser atractiva o repulsiva en función de las cargas.

Los Objetos que tienen la misma carga se repelen entre sí, y los que tienen carga Opuesta se atraen.

En La ley de Coulomb, las cargas deben sustituirse con su signo, de manera que, si Se tienen dos cargas iguales, el producto de las cargas será positivo, y por Tanto, la fuerza también será positiva, lo que indica que es una fuerza Repulsiva. Por el contrario, si las cargas tienen distinto signo, el producto De las cargas será negativo, con lo que F también es negativa, lo que indica Que es una fuerza atractiva.

La Carga de un objeto es la suma de las cargas de todos sus protones y electrones. Así, un objeto que tiene un número igual de protones que de electrones tiene Carga cero. Este objeto se dice que no está cargado o que es neutro.

Ley De conservación de la carga, que establece que, en cualquier proceso físico, la Carga total no cambia.

Inducción

Varilla de vidrio con Corcho

Corcho= Carga neta cero

Varilla= Carga neta positiva

Corcho está Compuesto de electrones y protones de carga opuesta, los cuales se distribuyen Normalmente de modo uniforme, de manera que la carga neta es cero en todo el corcho.

Cuando un Objeto cargado, como por ejemplo una varilla de vidrio se acerca al corcho, la Carga positiva de la varilla atrae a los electrones del corcho y repele a los Protones haciendo que estas partículas Cambien sus posiciones ligeramente.

Como Resultado, la carga negativa se acumula en el lado del corcho próximo a la Varilla y la carga positiva se acumula en el otro lado.

De acuerdo Con la ley de conservación de la carga, la carga total del corcho debe seguir Siendo cero, puesto que no se ha añadido ni quitado carga de él.

Se puede Demostrar que, la varilla ejerce una fuerza atractiva (negativa) sobre el Corcho.

Si la varilla Estuviese cargada negativamente, se induciría carga positiva sobre el lado del Corcho próximo a la varilla y carga negativa sobre el otro lado, por lo que el Corcho todavía sería atraído por la varilla.

De este modo, cualquier objeto Cargado, sea positiva o negativamente, ejerce una fuerza de atracción sobre un Objeto no cargado.

Aislantes Y conductores

Las Sustancias se diferencian por la relativa libertad con que puede desplazarse la carga a través de ellas.

Conductor: Es una sustancia en la que la carga se puede desplazar libremente

Aislante/ Dieléctrico: una sustancia en la que la carga se puede mover, sólo ligeramente.

• Los metales son todos buenos conductores.

• El vidrio, la goma y el corcho son ejemplos de buenos aislantes.

Diferencia Entre un aislante y un conductor

viene Determinada por la estructura atómica del material.

• En un aislante cada electrón está ligado a un átomo y no es libre para Separarse por completo.

• En un conductor metálico los electrones no están ligados fuertemente al átomo, Y pueden separarse de él, en presencia de una carga inductora, siendo libres Para desplazarse por el conductor.

• Los átomos que pierden electrones se llaman iones.

Campo Eléctrico en el punto P producido por las cargas fuente como, la fuerza que Ejercerían estas cargas sobre una carga positiva de 1C situada en el punto P.

en La fuerza que ejercería una configuración de cargas sobre una carga en un Punto, aun cuando en realidad, no hubiese ninguna carga en ese punto.

• Como la fuerza que se ejerce sobre una carga depende de la posición del punto, El valor del campo eléctrico varía de punto a punto. Es decir, como la fuerza Disminuye con la distancia, también lo hará el campo eléctrico, en la misma Forma.

Las Líneas, llamadas líneas de fuerza, Se dibujan paralelas al campo en cada punto, consiguiéndose así una buena Imagen de la dirección del campo eléctrico.

La Separación de las líneas de fuerza da idea del valor relativo del campo Eléctrico. Cuando más juntas estén las líneas de fuerza, más intenso es el Campo eléctrico.

• Las líneas de fuerza para una carga puntual negativa son idénticas a las líneas De fuerza de una carga puntual positiva, con la única diferencia de que, en Este caso, están orientas hacia la carga.

Dipolo Al conjunto de dos cargas iguales y opuestas separadas una distancia d.

Energía Potencial de una carga de prueba q debida a una configuración de cargas fuente (q1, q2, q3……qn) es la suma de las energías potenciales debidas a cada carga Individualmente. Por tanto, la energía potencial depende conjuntamente de la Carga prueba y de las cargas fuente.

El Potencial en todos los puntos de una configuración de carga se representa Gráficamente usando líneas equipotenciales, es decir, líneas a lo largo de las Cuales el potencial es constante.

El Campo eléctrico no realiza trabajo sobre una carga de prueba que se desplaza a Lo largo de una línea equipotencial, puesto que la energía potencial de la Carga no cambia. Esto quiere decir que, las líneas de fuerza deben ser Perpendiculares a las equipotenteciales, pues si o fuera así, la fuerza Eléctrica tendría una componente paralela a una línea equipotencial y Realizaría trabajo sobre la cara de prueba.

Ley de Ohm

Se define Intensidad de corriente, I, a la carga que atraviesa un alambre conductor, por Unidad de tiempo.

La corriente Eléctrica fluye desde la zona positiva( de alto potencial) a la zona negativa( De bajo potencial), y sólo dura hasta que la diferencia de potencial se anula.

Es posible Mantener una corriente permanente utilizando un generador fem( generador de Fuerza electromagnética)

Una batería Es un generador fem, y lo que hace es mantener una diferencia de potencial Entre sus extremos. De forma que, cuando los extremos no están conectados se Mantiene entre ellos una diferencia de potencial, llamada fem de batería.

Ley de Ohm: La intensidad de corriente en un alambre depende de la diferencia de potencial V entre sus extremos. De forma que, la intensidad I es proporcional a V.

R= Resistencia eléctrica

Esta Ley es de gran importancia porque se aplica a materiales utilizados en Circuitos eléctricos.

La Ley de Ohm se puede utilizar para calcular la diferencia de potencial entre Varios puntos del circuito

Corriente Continua

Una Batería mantiene una diferencia de potencial constante entre los bordes. Cuando Estos bordes están conectados a una resistencia, se produce una corriente Permanente que va a través de la resistencia desde el borde de alto potencial Al de bajo potencial. Como la dirección de la corriente es constante, se dice Que es una corriente continua (cc).

Los Circuitos consisten, a menudo, en una red de resistencias interconectadas. El Problema básico consiste en hallar la intensidad de la corriente en cada rama Del circuito, cuando se conocen los valores de las resistencias.

análisis de Circuitos se realiza teniendo en cuenta las dos Leyes de Kirchhoff:

Primera Ley de Kirchhoff : La intensidad total de la corriente que entra en un punto Cualquiera del circuito es igual a la intensidad que sale del punto. Es una Consecuencia del hecho de que no se acumula carga en el circuito.

Segunda Ley de Kirchhoff : La diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera de Un circuito es la misma a lo largo de cualquier camino que conecte los puntos.

Corriente alterna

Un generador Eléctrico produce un potencial oscilante entre sus bordes

Como la Corriente oscila con el tiempo, se llama corriente alterna (ca).

Condensadores

Una Resistencia es solamente uno de los muchos elementos que se utilizan en los Circuitos eléctricos.

condensador, Que consta de dos superficies conductoras separadas Por una delgada lámina aislante.

Como hay Aislamiento entre las placas del condensador, la carga no puede fluir por este Elemento y, por lo tanto, no se puede establecer una corriente continua a Través de un condensador.

Está Compuesto por dos placas metálicas que No llegan a tocarse (de ahí su símbolo circuital) y entre las que existe un Elemento dieléctrico (una sustancia que conduce mal la electricidad), lo que Genera una diferencia de potencial entre ambas placas.

Constante de Proporcionalidad entre la diferencia de potencial y la carga eléctrica se Conoce como capacidad(C )

Cuando una Señal eléctrica llega hasta el condensador empieza a cargarlo. Una vez el Condensador se ha cargado por completo deja de conducir la corriente. Si se Deja de aplicarle carga (o la que se le aplica es menor que la que ya tiene), El condensador empieza a descargarse liberando la energía eléctrica, que tenía Almacenada, al circuito y conduciendo de nuevo la corriente.

• Por tanto, Sólo circula corriente al conectar y desconectar la pila, es decir, al cargar y Descargar el condensador.

Si después de Cargar un condensador se retira del circuito, mantendrá la carga. Si se trata De un condensador grande, hay que asegurarse de quitarle la carga antes de Manipularlo.

• Los Condensadores se pueden encontrar en casi cualquier circuito. Son dispositivos útiles siempre que se trabaja en corriente alterna.

• Algunas de Las funciones que puede cumplir un condensador en un circuito son: Baterías, Memorias, Fuentes de alimentación, Filtros, Adaptación entre circuitos, Estabilización de tensión, etc.