domingo, 22 de enero de 2012

¿Cuál es la diferencia entre las ondas y las partículas?


Preguntas
¿Qué es una onda?
¿Qué unidades se utilizan para medir las ondas?
¿Qué es una partícula?
¿Qué unidades se utilizan para medir las partículas?
¿Cuáles son ejemplos de ondas y partículas?
¿Cuál es la diferencia entre las ondas y las partículas?
Equipo
1
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Respuestas
En física, una onda consiste en la propagación de una perturbación de alguna propiedad de un medio, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético, a través de dicho medio, implicando un transporte de energía sin transporte de materia. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa como aire, agua, un trozo de metal e, incluso, inmaterial como el vacío.
Según el SI (Sistema Internacional), la frecuencia se mide en hercios (Hz), en honor a Heinrich Rudolf Hertz.
Otras unidades para indicar la frecuencia son revoluciones por minuto (rpm). Las pulsaciones del corazón y el tempo musical se miden en «pulsos por minuto» (bpm, del inglés beats per minute).
Un método alternativo para calcular la frecuencia es medir el tiempo entre dos repeticiones (periodo) y luego calcular la frecuencia (f) recíproca de esta manera:
Donde T es el periodo de la señal.

Es una partícula puntual, la abstracción de un cuerpo dotado de masa, o una parte de él, concentrada idealmente en un punto, y agrupadas, a veces, formando un sistema de partículas.
Particulas / minuto
ondas transversales:
las olas en el agua, las ondulaciones que se propagan por una cuerda, la luz…
Ejemplos de ondas longitudinales: las compresiones y dilataciones que se propagan por un muelle, el sonido.
Unidimensional: Onda transversal en una cuerda
Bidimensional: Olas concéntricas en la superficie de un estanque

Tridimensional: El sonido en el aire.   

El foton tiene un comportamiento de onda (patrón de interferencia)
Particula puntual a una función de onda, esta es una representación en espacio de coordenadas de un elemento de un espacio vectorial complejo llamado espacio de Hilbert.
El foton se comporta como una onda que se propaga en el espacio.


ACTIVIDAD 3
Las partículas
http://palmera.pntic.mec.es/~fbarrada/flash/colelastica.swf
-          FASE DE DESARROLLO
              Los alumnos desarrollan las actividades de acuerdo a las indicaciones del Profesor:
1.- Aserrín saltarín

 
Se dispone de dos panderos en uno de los cuales se ha colocado una pequeña cantidad de granos de  cualquiera otro elemento pequeño y liviano. El segundo pandero se coloca a una distancia por sobre el primer pandero y se hace vibrar con  la  batuta  de madera, se puede observar como los pequeños granos de azúcar también vibran. Mostrando de esta forma la propagación de una onda acústica.
2.- Reflexión del sonido

 Se dispone de dos tubos largos de cartón. En los extremos superiores de uno de ellos se coloca un pequeño reloj. Al ubicar ambos tubos apoyados en el suelo formando una V, se puede oír el tic-tac del reloj en el extremo superior del otro tubo.
Observaciones:
Cuando una onda incide sobre una superficie límite de dos medios, de distintas propiedades mecánicas, ópticas, etc, parte de la onda se refleja, parte se disipa y parte se transmite. La velocidad de propagación de las ondas, v, cambia al pasar de un medio a otro, pero no cambia la frecuencia angular w.

Cuando la onda incidente llega formando con la superficie límite un ángulo cualquiera, la onda transmitida modifica su dirección original acercándose o alejándose de la normal. A esta desviación del rayo transmitido se le denomina refracción.
Asi que esto permitió que el sonido de el reloj se transmitiera del otro extremo del tubo pues se aplico la reflexión :D

3.- Micrófono y P C

 Al hablar se produce una onda sonora longitudinal la cual hace vibrar la membrana de un micrófono, esta vibración produce una corriente inducida que puede ser detectada por medio de una PC. Grabar la  voz de  los integrantes  del equipo y observar  las graficas de  ondas correspondientes.
Observaciones: exactamente lo que se observo  fueron esas ondas sonoras longitudinales que al ser captadas por el PC . Provoco que se realizara un movimiento oscilatorio de las partículas notando que se vieran así  en la pantalla .

4.- Ondas  vibratorias

Conectar  en un extremo de la  cortadora de  pelo el  hilo y el  otro extremo a un punto  fijo,  estirar el hilo  y  hacer  funcionar la cortadora de pelo,  observar en el hilo las ondas generadas.
Observaciones: Se pudo observar que mediante un medio en este caso la cortadora de pelo transmitió energía al hilo provocando que este vibrara y produciendo ondas con movimientos oscilatorios lo cual se puede decir que no es una perturbación pues, El movimiento de cada partícula respecto a la posición de equilibrio en que estaba antes de llegarle la perturbación es un movimiento vibratorio armónico simple.


5.-  Sonido marino
 Acerca   al  oído  el caracol  y escuchar en el   sonido   generado.
Observaciones: El sonido, en física, es cualquier fenómeno que involucre la propagación en forma de ondas elásticas (sean audibles o no), generalmente a través de un fluido (u otro medio elástico) que esté generando el movimiento vibratorio de un cuerpo. La propagación del sonido involucra transporte de energía sin transporte de materia, en forma de ondas mecánicas que se propagan a través de la materia sólida, líquida o gaseosa en este caso el “aire”. Como las vibraciones se producen en la misma dirección en la que se propaga el sonido, se trata de una onda longitudinal.


6.- Notas musicales y frecuencia.
Detectar la frecuencia  de cada nota con los  diapasones.
Primera octava
Nota
do
re
mi
fa
sol
La
si
Frecuencia
Hertz
1
65,406
1
73,416
1
82,407
1
87,307
1
97,999
1
110
1
123,471


Observaciones: Un sonido no es más que una vibración del aire que nuestros oidos pueden captar.Un sonido que tiene un determinado tono, depende de la frecuencia a la cual vibra el aire. Las notas musicales son vibraciones de frecuencias determinadas. Por supuesto, en la creación de música intervienen muchos otros factores complejos,como por ejemplo, el timbre.No obstante, una vibración sinusoidal a una frecuencia concreta, produce unsonido puro que nosotros percibimos como un pitido de un determinado tono.En el sistema musical occidental, se ha acordado utilizar sólo unas frecuencias concretas, a las cuales llamamos notas.Dividimos las posibles frecuencias en porciones que llamamos "octavas", y cada octava en 12 porciones que llamamos notas. Cada nota de una octava tiene exactamente la mitad de frecuencia que la misma nota en la octava superior.El oido humano capta sólamente frecuencias que estén por encima de los 20Hz ypor debajo de los 20.000 (muy aproximadamente). Así pues, y con mucha suerte,sólo podemos oir unas 10 octavas como mucho, con doce notas cada una.La nota Lasirve como referencia para todas las demás. A menudo se denomina "nota de afinar". Se produce unLade afinar cuando el aire vibra 440 veces por segundo, es decir a 440 hertzios. Por convención, a la octava que contiene esta nota La se le suele considerar la tercera.Hay otra nota La, de una "octava" superior (la cuarta octava) cuando el aire vibra a 880 hertzios, y otra más cuando vibra a 880*2 (quinta octava), y otra a 880*2*2 (sexta octava), etc, del mismo modo que hay un La que se produce cuando el aire vibra a 440/2 (segunda octava) y otra a 440/2/2 (primera octava).Para hallar la frecuencia de una nota cualquiera mediante una expresión matemática, se suele coger una frecuencia de referencia, por ejemplo el La de afinar (440 Hertzios) y se multiplica por la raíz duodécima de 2 elevado al número

Conclusiones: Así que podemos concluir que
k=ey*ln(x)
Utilizando esta expresión en nuestra fórmula de la frecuencia para quitarnos de enmedio la potencia, finalmente queda de ésta manera.
Así pues, ya es muy sencillo obtener un pseudocódigo que dada una nota y una octava, nos devuelva la frecuencia.
frecuencia(nota,octava) := 440 * exp(  (octava-3)+ ((nota-10)/12) *ln(2) )

Donde "octava" es un entero entre 1 y 8, y "nota" es un entero en el rango de 1 a 12. Do=1, Do#=2, Re=3, Re#=4, Mi=5, Fa=6, Fa#=7, Sol=8, Sol#=9, La=10, La#=11, Si=12.

Esta expresión ya puede utilizarse prácticamente en cualquier lenguaje de programación con mínimas capacidades de cálculo matermático. Por ejemplo, en C#:
double frecuencia(double nota, double octava)
  {
     return (440.0 * Math.Exp(((octava-3)+(nota-10)/12)*Math.Log(2)));



  }

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