Reflexión de las olas

Las olas son una parte integral de nuestra tierra y naturaleza. Las ondas se encuentran en la naturaleza en muchas formas, como ondas de sonido, ondas de luz, ondas de agua, ondas radiactivas, ondas ultravioleta y ondas mecánicas como ondas transversales y ondas longitudinales. La energía se transfiere a través de ondas. Debido a su libre movimiento en la naturaleza, se encuentran muchos tipos de propiedades en las ondas.  

Eventos como un reflejo de ondas, superposición de ondas, desplazamiento de ondas, aceleración de ondas, etc. Una onda es un tipo de oscilación (perturbación) que fluye en el tiempo y el espacio. Los movimientos de las olas mueven la energía de un lugar a otro. Las olas juegan un papel importante en nuestra vida diaria. Esto se debe al hecho de que las ondas pueden transportar energía e información a través de largas distancias. Las ondas necesitan una fuente oscilante o vibratoria. Las primeras olas conocidas fueron las olas de la superficie del océano. Más tarde, se descubrieron más tipos.

Entonces, en este artículo, vamos a aprender sobre el reflejo de las ondas, aprenderemos cuántos tipos de reflejos de ondas están presentes en la naturaleza. cómo los humanos utilizan las propiedades de la reflexión de las ondas en su vida diaria.

Reflexión de las olas

Cuando una onda progresiva golpea dos superficies límite de diferentes densidades, regresa al mismo medio siguiendo ciertas leyes. Este fenómeno se llama Reflexión de las Olas . 

En el fenómeno de la reflexión, las ondas progresivas obedecen a las mismas leyes que las ondas luminosas. La reflexión de una onda progresiva desde una superficie límite depende de la naturaleza de la superficie límite. Dependiendo de la naturaleza de la onda progresiva, la reflexión en la superficie límite puede ser de los dos tipos siguientes:

1. Reflexión en la pared rígida, y
2. Reflexión en el extremo libre.

Cuando una onda progresiva que viaja a través de un medio más raro se refleja desde un medio más denso, se llama Reflexión en la pared dura , y cuando una onda progresiva que viaja a través de un medio más denso se refleja desde un medio más raro, se llama Reflexión en el extremo libre. .

Reflexión de un pulso transversal desde un límite rígido 

Supongamos que el extremo B de una cuerda AB está atado a una base rígida, se envía un pulso de onda desde su extremo A de izquierda a derecha. Si el desplazamiento de las partículas en este pulso es hacia arriba. Cuando este pulso alcanza una base firme, ejerce una fuerza sobre la base en dirección ascendente. En consecuencia, según el tercer movimiento bajo de Newton, una base firme que ejerce la misma fuerza de reacción produce un pulso que comienza a moverse en dirección opuesta (de derecha a izquierda) con la ayuda de una cuerda. Este es el pulso reflejado. 

En el pulso incidente y el pulso reflejado, las partículas de la cuerda vibran en direcciones opuestas. Por lo tanto, cuando un pulso se refleja desde un límite rígido, se invierte con respecto al pulso incidente. Es decir, como resultado de la reflexión desde el límite rígido, hay un cambio de pi o 180° en la fase del pulso incidente. 

Si la ecuación de la onda incidente es,

y = A sen 2π / λ (vt – x)

Entonces la ecuación de la onda reflejada será,

y = A sen 2π / λ (vt + x + pi) 

o

y = – A sen 2π / λ (vt + x)                                                         (porque sen( θ – π ) = -sen θ) …… (1)

Entonces, si la ecuación de la onda incidente es, 

y = A sen(ωt – kx)

Entonces la ecuación de la onda reflejada será,

y = -A (ωt + kx)                                                                                                                                                       …… (2)

Se supone que la onda incidente viaja en dirección positiva a lo largo del eje X y la onda reflejada viaja en dirección negativa a lo largo del eje x. Cuando una onda progresiva que viaja desde un medio más denso se refleja en un medio más raro, se llama reflexión en el límite libre.

Reflexión de un pulso transversal desde un límite libre

Suponga que el extremo B de la cuerda AB está unido a un pequeño anillo que puede hacer oscilaciones sin fricción en una barra vertical. Se envía un pulso de onda de izquierda a derecha en la cuerda. Supongamos que el desplazamiento de las partículas de la cuerda es hacia arriba. Cuando este pulso alcanza el extremo B, ejerce una fuerza hacia arriba sobre este extremo B. Por lo tanto, el anillo unido al extremo B se mueve hacia arriba. 

Al regresar, este anillo cruza la posición de equilibrio debido a la inercia. En este caso, el anillo ejerce una fuerza de reacción sobre la cuerda, por lo que el mismo tipo de pulso comienza a moverse en dirección opuesta en la cuerda. Así, en el pulso incidente y en el pulso reflejado, las partículas de la cuerda vibran en la misma dirección. Está claro que no hay cambio en la fase del pulso incidente como resultado de la reflexión desde el límite libre.

Entonces, si la ecuación de la onda incidente es, 

y = A sen 2π / λ (vt – x)

Entonces la ecuación de la onda reflejada será,

y = A sen 2π / λ (vt + x)                                                   (porque sen(θ – π) = -sen θ) …… (3)

Entonces, si la ecuación de la onda incidente es, 

y = A sen(ωt – kx)

Entonces la ecuación de la onda reflejada será,

y = A (ωt + kx)                                                                                                                                                                               …… (4)

Reflexión del pulso longitudinal desde un límite rígido

Si el extremo B del resorte AB está amarrado a una base rígida. Con la ayuda de este resorte, se envía un pulso de compresión de izquierda a derecha (de A a B). Cuando el pulso llega al extremo B, ejerce una fuerza sobre una base rígida de izquierda a derecha. De acuerdo con la tercera ley de movimiento de Newton, una base rígida ejerce una fuerza de reacción igual sobre el extremo del resorte B de derecha a izquierda. 

Como resultado, el pulso de compresión comienza a moverse desde el extremo B hasta el extremo A con la ayuda de un resorte. En el pulso incidente y el pulso reflejado, las direcciones de desplazamiento de las partículas del resorte son opuestas. Por lo tanto, en caso de reflexión desde una base rígida, la fase del pulso incidente cambia en π o 180°.    

También en esta situación, la onda reflejada puede representarse mediante la ecuación (1) o (2).                                

Reflexión del Pulso L ongitudinal desde el Límite Libre

Sea AB un resorte. Un pulso de compresión se mueve desde el extremo A al B, es decir, de izquierda a derecha con la ayuda de un resorte. Cuando llega al extremo libre B, el pulso ejerce una fuerza sobre B de izquierda a derecha. Debido a esta fuerza, el extremo B cruza la posición de equilibrio y se mueve hacia la derecha. Por lo tanto, la longitud del resorte aumenta y el pulso de rarefacción comienza a moverse de derecha a izquierda, pero aún así, la dirección de desplazamiento de las partículas del resorte sigue siendo la misma. Por lo tanto, no hay cambio en su fase debido a la reflexión del pulso longitudinal desde el límite libre.

También en esta situación, la onda reflejada puede representarse mediante la ecuación (3) o (4).

Aplicación de Reflexión de Ondas

• Eco: Si pronunciamos algunas palabras parados a cierta distancia cerca de una colina, un edificio alto, un árbol grande, etc., entonces, debido a la reflexión, se escuchan nuevamente el mismo tipo de palabras. Este fenómeno se llama Resonancia. El fenómeno de repetición del sonido debido a la reflexión del sonido desde un límite rígido se denomina eco.
• Debido a la persistencia de la audición, el efecto del sonido permanece en nuestro oído durante 0,1 segundos. Por lo tanto, para escuchar el eco por separado del sonido original, es necesario que el sonido reflejado llegue a nuestro oído después de 0,1 segundos de escuchar el sonido original. Para ello, la superficie reflectante debe estar a una distancia razonable del oyente. Por lo tanto, para escuchar el eco con claridad, la distancia mínima del oyente a la superficie reflectante debe ser de 17 metros. El reflejo del sonido se utiliza para medir la profundidad del mar o lago, caja de resonancia, megáfono, etc.
• Sonar: SONAR Su nombre completo es “Sound Navigation and Ranging”. Se basa en el principio de reflexión de ondas ultrasónicas. Con su ayuda, se detecta la posición de cualquier persona dentro del mar, como una roca, un submarino enemigo, etc. La profundidad del mar también se conoce por esta técnica.

Problemas de muestra

Problema 1: Nombre el reflector bueno y el malo o las ondas de sonido y también dé el nombre de la sustancia que absorbe el sonido.

Solución:

Los siguientes son los buenos, malos y buenos absorbentes de ondas sonoras:

1. Los objetos duros son un buen reflejo del sonido porque las partículas rebotan directamente en ellos. Por ejemplo, azulejos y losas de mármol.
2. Los malos reflectores son aquellos objetos que absorben el sonido. Por ejemplo: cortinas gruesas y alfombras gruesas.
3. Los objetos que absorben bien el sonido se llaman buenos absorbentes de sonido. Por ejemplo: cartón perforado.

Problema 2: Un radar envía una señal a un avión a una distancia de 70 km y la recibe después de 3×10 ^-2 segundos. ¿Cuál es la velocidad de la señal?

Solución: 

Dado que, 

Distancia de la aeronave = 70 km = 70 000 m

La distancia total = 3 × 70 000 = 2,10 000 m

El tiempo empleado = 3 × 10 ^-2 segundos

Por lo tanto, Velocidad de la señal (V) = Distancia total recorrida (2d) / tiempo empleado (t)

                                          = 2,10,000 / 3×10 −2

                                          = 7 × 10 ⁶ m/s

Problema 3: Mencione dos aplicaciones cualesquiera de la reflexión del sonido.

Solución:

Las siguientes son las aplicaciones de la reflexión del sonido:

1. Audífono: un dispositivo utilizado por personas que son ensordecedoras ensordecedoras ensordecedoras ensordecedoras ensordecedoras sordas Las ondas de sonido emitidas por el audífono se reflejan en una región más pequeña que se dirige al oído.
2. Cajas de resonancia: Las superficies curvas tienen la capacidad de reflejar las ondas sonoras. Este reflejo de ondas de sonido se utiliza en auditorios para dispersar las ondas de manera uniforme en todo el lugar. Las placas de sonido se utilizan para reflejar las ondas sonoras. El altavoz está situado en el centro de la caja de resonancia.

Problema 4: La luz en el aire tiene una frecuencia de 6 × 10 ¹² Hz. ¿Cuál es la frecuencia de la luz cuando penetra en el agua?

Solución:

Solo la velocidad y la longitud de onda de la luz cambian durante la refracción. Cuando la luz entra desde el aire o el vacío, es decir, cuando la luz pasa de un medio a otro, su frecuencia no cambia, es decir, permanece constante.

Como resultado, la frecuencia de la luz seguirá siendo 6 × 10 ¹² Hz .

Problema 5: Definir el fenómeno de la Resonancia.

Solución:

La resonancia es un fenómeno en el que la frecuencia inherente de un cuerpo es igual a la frecuencia de una fuerza periódica externa y la amplitud de las vibraciones se vuelve muy grande.