Movimiento ondulatorio y oscilatorio

MOVIMIENTO OSCILATORIO Y ONDULATORIO



KATTY JULIETH PAJARO CASTILLEJO
ANGEL EDUARDO SANCHEZ VERGARA

GRUPO: 304
FACULTAD DE INGENIERIA






FUNDACION UNIVERSITARIA DEL ÁREA ANDINA

VALLEDUPAR-CESAR
2015-1
ANTECEDENTE DEL MOVIMIENTO OSCILATORIO Y ONDULATORIO
Gran parte del conocimiento actual del movimiento ondulatorio proviene de estudio acústico. Los antiguos filósofos griegos, muchos de los cuales estaban interesados en la música, tenían la hipótesis que había una conexión entre ondas y sonidos, y que las vibraciones, o alteraciones, debía responsabilidad del sonido. Pitágoras observo, 550 AC, que cuándo los hilos vibraban producían sonido, y determino la relación matemáticas entre la longitudes de los hilos que creaban tonos armoniosos. La teoría científica de la propagación de las ondas cobraron gran importancia en el siglo XVII, cuando Galileo Galilei (1564 – 1642) publico una clara proclamación sobre la conexión entre los cuerpos que vibran y los sonidos que producen estudio con detenimiento este fenómeno, para ello se ayudó de un péndulo, aparato que consta de un hilo y una esfera u otro cuerpo que está suspendido de él y oscila libremente. Con sus experiencia Galileo descubrió los principios básicos del M.A.S. Robert Boyle, en un clásico experimento de 1660, probó que el sonido no puede girar a través del vacío, con lo cual se infiere que este necesariamente deberá propagarse por un medio (el aire) y en forma de onda. Isaac Newton publico una descripción matemática sobre como el sonido viaja en su recorrido. En el siglo 18, el matemático y científico Francés Jean Le Rond d' Alembert derivo la ecuación de la onda, una completa y general descripción matemáticas de la ondas. Esta ecuación constituyo la base las siguientes generaciones de científicos que estudiaron y describieron el fenómeno de ondas.
El físico holandés Christian Huygens (1629-1695) dedico sus esfuerzos a elaborar una teoría ondulatoria acerca de la naturaleza de la luz que con el tiempo vendría a ser la gran rival de la teoría corpuscular de su contemporáneo Newton.
En aquella época se conocía también un buen número de fenómenos característicos de las ondas que contribuyeron a los científicos para la realización de variadas e importantes investigaciones. Por ejemplo en un comienzo se pensaba que para que fuera posible su propagación debía existir un medio material que hiciera de soporte de las mismas. Así, el aire era el soporte de las ondas sonoras y el agua el de las ondas producidas en la superficie de un lago, esta serian las actualmente conocidas como ondas mecánicas. Después Huygens supuso que todo objeto luminoso produce perturbaciones en el éter, al igual que un silbato en el aire o una piedra en el agua, las cuales dan lugar a ondulaciones regulares que se propagan a su través en todas la direcciones de espacio en forma de ondas esféricas, este descubrimiento seria la base para la definición actual de onda electromagnética como la forma de propagación de la radiación electromagnética a través del espacio.

APLICACIÓN E IMPORTANCIA DE LOS MOVIMIENTOS DE OSCILACION EN LA INGENIERIA
Entre las diferentes aplicaciones tenemos:
La medición del tiempo, debido a la igualdad de duración de todas las oscilaciones, el péndulo es de gran aplicación en la construcción de relojes, que mecanismos destinados a contar las oscilaciones, de un péndulo, traduciendo después el resultado en ese recuento a segundo, minutos y horas.
En edificios para contrarrestar los fuertes vientos y posibles movimientos sísmicos.
En los puentes colgantes para contrarrestar las fuerzas del viento y movimiento telúricos.
En estudios de suelos donde existen movimientos sísmicos
Contrarrestar la fuerza extremas que actúan sobre estas, para evitar fallas en la parte estructural bien sea de edificios, puentes, etc. Y aplica las especificaciones técnicas que dicta la norma para que estas estructuras no sufran ninguna fatiga.
En los edificios altos para reducir el bamboleo debido al viento, se colocan amortiguadores ajustados a resonancia cerca de los alto del edificio estos mecanismos incluyen un objeto de gran masa que oscila bajo control de computadoras con la misma frecuencia que los edificios, lo que reduce el bamboleo.
La importancia de estos movimientos radica en la explicación de muchos fenómenos en la naturaleza, se bebe comprender los conceptos de oscilación y ondas. Por ejemplo, aunque los rascacielos y puentes parecen rígidos, en realidad oscilan, algo que se debe tomar en consideración los arquitectos e ingenieros que los diseñan y construye. Para entender como funciona la radio y la televisión, debe comprender el origen y naturaleza de la ondas electromagnéticas y como se propagan a través del espacio. Por último, mucho de lo que han aprendido los científicos acerca de la estructura atómica viene de información aportada por las ondas. En consecuencia, primero se bebe estudiar las oscilaciones y ondas si se quiere comprender los conceptos y teoría de la física atómica.

QUE ES UNA ONDA
Una onda puede ser descrita por una perturbación que viaja de un medio de un lugar a otro, veamos un resorte, por ejemplo. Cuando el resorte está en reposo, tiene una posición natural que es conocida como posición de equilibrio o de reposo. Las espiras del resorte adoptan una posición y están igualmente espaciadas. Para producir una onda en el resorte movemos la primera espira, hacia arriba o hacia abajo, hacia delante o hacia atrás.
Las ondas se mueven en un medio, que es la sustancia o material que trasporta a la onda. Una onda puede ser descripta como una perturbación que viaja en el medio, trasportando energía desde un lugar (fuerte) a otro sin transporte de materia.

CARACTERISTICA DEL MOVIMIENTO OSCILATORIO
Uno de los movimientos más importantes observado en la naturaleza es el movimiento oscilatorio (o vibratorio). Una partícula oscila cuando se mueve periódicamente con respecto a la posición de equilibrio. El movimiento de un péndulo es oscilatorio, un cuerpo en el extremo de un resorte estirado, un vez que se suelta, comienza a oscilar. De todos los movimientos oscilatorios, el más importante es el movimiento armónico simple (MAS), debido a que, además se ser el movimiento más simple a describir matemáticamente, constituye una aproximación muy cerca de muchas oscilaciones encontradas en la naturaleza.
Una oscilación puede ser libre, cuando solo intervienen fuerzas internas, o forzadas, cuando es una fuerza externa la obliga a oscilar al sistema. Cuando se estudia el movimientos oscilatorio, puede tenerse en cuenta la existencia de la fuerza de rozamiento, inherente a todo movimiento, con el que entonces hablaremos de movimiento oscilatorio amortiguado, o por el contrario, puede estudiarse el movimiento oscilatorio de forma ideal, sin tener en cuenta el rozamiento, refiriéndose entonces al movimiento oscilatorio sin amortiguamiento.
Las oscilaciones son libres: si sobre el cuerpo no actúa una fuerza disipativas (no conservativas) y en este caso el cuerpo oscila indefinidamente.
Las oscilaciones son forzados: cuando actúa fuerzas disipativas. En este caso, acabara volviendo al reposo en su posición de equilibrio estable también se conoce como movimiento oscilatorio amortiguado. Por ejemplo, un columpio en movimiento acabara parándose, en su posición de equilibrio estable, debido a su rozamiento con el aire.

DESCRIPCION DEL M.A.S (MOVIMIENTO ARMONICO SIMPLE)
Consideremos una partícula situada sobre una superficie horizontal sin rozamiento, unidad a un resorte de contante elástica K. estiramos el resorte a una distancia A y lo abandonamos en esa posición. Bajo la acción de la fuerza recuperadora del resorte de la partícula se desplazara a la posición de equilibrio. La partícula adquiere una aceleración que no es contante y que varía con la deformación del resorte. Cuando la partícula alcanza la posición de equilibrio, la fuerza recuperadora es nula, pero como ha adquirido una velocidad, continúa su movimiento hacia la izquierda comprimiendo l muelle.

Mientras se desplaza hacia la izquierda, aparece nuevamente la fuerza recuperadora, dirigida ahora hacia la derecha, frenándolo. Llegará a detenerse en un punto y repetirá su movimiento en sentido opuesto.
Este tipo de movimiento que se repite a intervalo de tiempos iguales se denomina periódicos y si el movimiento se efectúa sobre la misma trayectoria, hacia adelante y hacia atrás, se denomina oscilatorio.

CARACTERISTICAS DE UN M.A.S.
Vibración u oscilación: es la distancia recorrida por la partícula en un movimiento completo de vaivén.
Centro de oscilación, O, es el punto medio de la distancia que separa las dos posiciones extremas alcanzadas por la partícula móvil.
Elongación, X, es la distancia en la que cada instante separa la partícula del centro de oscilación, O, tomando como origen de las elongaciones. Su valor es positivo o negativo de acuerdo con el criterio cartesiano de signos, derecha positivo e izquierda negativo. En el S.I. se expresa en m.
Amplitud, A, es el valor máximo de elongación, o separación máximo con respecto a la posición de equilibrio de la partícula que vibra u oscila.
El Angulo wt + φ se le llama fase, determina el estado de vibración del objeto, permite calcular la elongación en cualquier instante y se mide en radianes φ es la fase inicial o constate de fase, y nos indica el estado de la vibración del objeto al comenzar la medida del tiempo (t=0). Según esto:
Dos puntos tiene igual fase si se mueve en el mismo sentido y sus elongaciones son iguales en valor y signo.
Dos puntos tienen fase opuesta si sus elongaciones son iguales en valor, pero de signo contrario.
Longitud de onda, λ, es la distancia que separa dos puntos consecutivos que tiene igual fase.
Periodo (T): es el tiempo que el objeto tarda en volver a pasar por la misma posición, o el tiempo que tarda en describir una oscilación completa.

Frecuencia (f): se define como el número de oscilaciones descriptas en un segundo. Su unidad en el S.I. es el hertzio (Hz), y se calcula a partir del periodo mediante:

Frecuencia angular o pulsación, ω, es el número de periodos comprendidos en 2π unidades de tiempo y su valor depende de la rapidez con la que oscila o vibra el objeto. Se mide en rad/s en el S.I.:











REFERENCIA

http://site.ebrary.com.proxy.bidig.areandina.edu.co:2048/lib/bibliotecafuaasp/reader.action?docID=11013443&ppg=156
http://site.ebrary.com.proxy.bidig.areandina.edu.co:2048/lib/bibliotecafuaasp/reader.action?docID=10048672
http://es.slideshare.net/americaheidi/movimiento-oscilatorio-y-pendulo-simple