Efecto Doppler para el Sonido: Casos y Fórmulas
El Efecto Doppler describe cómo se percibe una frecuencia distinta cuando existe movimiento relativo entre el foco emisor de la onda y el observador. Se aplica a ondas sonoras y luminosas.
Casos del Efecto Doppler
Primer Caso: Foco Emisor se Mueve Hacia el Observador en Reposo
- Velocidad del foco emisor: v’
- Velocidad de la onda: c
- Longitud de onda observada: λ′=λ−v′T
- Relación entre frecuencias: n′=n*c/c−v′
Si el foco se aleja, se usa: n′=n*c/c+v′
Segundo Caso: Observador se Mueve Hacia el Foco Emisor en Reposo
- Velocidad del observador: v»
- Frecuencia observada: n′′=n*c+v′′/c
Si el observador se aleja, se usa: n′′=n*c-v′′/c
Tercer Caso: Ambos se Mueven (Foco y Observador)
- Velocidad del foco: vf
- Velocidad del observador: vr
- Fórmula: n′′′=n*c−vr/c+vf
Decibelios: Medida de la Intensidad del Sonido
La unidad adoptada para comparar la intensidad de dos sonidos se denomina Bel (B), aunque en la práctica se utiliza más el Decibel (dB), que es un submúltiplo del bel. El decibel se define mediante la fórmula:
b=10log10(I/I0)
donde:
- I es la intensidad del sonido.
- I0 es la intensidad umbral del sonido de 1 000 Hz, para un oído normal, que es aproximadamente I0=10−12 W/m2
Cuando la intensidad I es 10 veces mayor que I0, el nivel sonoro es: b=10log10(10)=10 dB. Si I=100Io, entonces b=20 dB, y así sucesivamente.
Principio de Huygens-Fresnel
El Principio de Huygens-Fresnel afirma que: «Cuando a un punto capaz de vibrar llega un movimiento ondulatorio, este punto se convierte en un foco emisor de nuevas ondas. Las ondas resultantes son activas en los puntos de contacto con la envolvente común.»
Esto significa que cada punto de una superficie de onda actúa como un nuevo foco emisor, y la nueva superficie de onda se forma como la envolvente de todas las ondas secundarias generadas.
Además, Fresnel completó este principio indicando que: «La vibración producida en un punto es la resultante de la interferencia de todas las ondas que llegan a él procedentes de cualquier superficie de onda anterior.»
Este principio explica la propagación de las ondas y fenómenos como la difracción, reflexión y refracción.
Fuerza Magnética y Cargas en Movimiento
¿Cómo puede moverse una carga eléctrica en el seno de un campo magnético sin experimentar nunca la acción de la fuerza magnética?
Una carga eléctrica puede desplazarse dentro de un campo magnético sin experimentar la acción de la fuerza magnética si su velocidad es paralela a las líneas de inducción del campo.
Esto se explica con la ecuación de la Fuerza de Lorentz: F = qv x B
Donde:
- F: es la fuerza magnética,
- q es la carga de la partícula
- v es la velocidad de la partícula,
- B es la inducción magnética.
El producto vectorial entre la velocidad y el campo magnético es cero cuando ambos vectores son paralelos. Esto significa que la fuerza magnética no actúa sobre la carga, permitiendo que continúe su movimiento sin ser desviada.
Por lo tanto, cuando una carga eléctrica se mueve en la misma dirección que las líneas del campo magnético, no experimenta ninguna fuerza magnética y mantiene su trayectoria sin alteraciones.
Magnetismo Terrestre: Características e Instrumentos
El magnetismo terrestre es el campo magnético generado por la Tierra, el cual influye en la orientación de los cuerpos magnéticos y permite el funcionamiento de instrumentos como la brújula.
Características Principales del Magnetismo Terrestre
Polos Magnéticos
- En las proximidades del polo norte geográfico existe un polo sur magnético, y viceversa.
- Por convención, al polo situado cerca del norte geográfico se le llama polo norte magnético, aunque en realidad es un polo sur.
Meridiano Magnético
Es el plano vertical que pasa por la aguja imantada de una brújula.
Ángulo de Declinación
Es el ángulo formado entre el meridiano geográfico y el meridiano magnético.
- Se denomina declinación occidental cuando el polo norte de la aguja se desvía al oeste del meridiano geográfico, y declinación oriental cuando se desvía al este.
Ángulo de Inclinación
La aguja imantada no se mantiene horizontal, sino que en el hemisferio norte su polo norte está más bajo que el polo sur.
Instrumentos para Medir el Magnetismo Terrestre
- Brújula de declinación: Se utiliza para medir el ángulo de declinación. Está compuesta por un magnetómetro que gira horizontalmente alrededor de un eje vertical y permite determinar el meridiano magnético.
- Brújula de inclinación: Similar a la anterior, pero su aguja gira en un plano vertical y permite medir el ángulo de inclinación.
Amperio: Unidad de Intensidad de Corriente Eléctrica
El Amperio (A) es la unidad de intensidad de corriente eléctrica en el Sistema Internacional de Unidades (SI). Se define como:
«La intensidad de una corriente que, circulando por dos conductores rectilíneos, paralelos y muy largos, situados en el vacío a una distancia de 1 metro entre sí, produce en cada metro de uno de ellos una fuerza de 2×10−7 Newtons.»
Esta definición se basa en la interacción magnética entre corrientes y permite establecer una medida fundamental para la electricidad.
Fuerza Magnética Máxima y Mínima: Ángulo entre Campo y Velocidad
¿Para qué ángulo entre el campo magnético B y la velocidad v de una carga q, la fuerza magnética ejercida sobre ella adquiere su valor máximo y mínimo?
La fuerza magnética que actúa sobre una carga q que se mueve con velocidad v dentro de un campo magnético B está determinada por la Fuerza de Lorentz: F=qvBsiθ. Donde θ es el ángulo entre los vectores v y B.
Valor Máximo
La fuerza magnética es máxima cuando θ=90∘, ya que en este caso sin90∘=1. Esto significa que la velocidad de la carga es perpendicular al campo magnético.
Valor Mínimo
La fuerza magnética es mínima cuando θ=0∘ o 180∘, ya que en estos casos sin0∘=0 y sin180∘=0. Esto significa que la velocidad de la carga es paralela o antiparalela al campo magnético.
Origen del Campo Magnético en los Imanes
Explique el motivo, según los actuales conocimientos de la ciencia, de por qué un material, que llamamos imán, genera un campo magnético a su alrededor que consigue mover otros objetos:
Un imán genera un campo magnético debido a la disposición y el comportamiento de sus electrones a nivel atómico.
Fundamento del Magnetismo en los Materiales
Los átomos de ciertos materiales, como el hierro, el cobalto y el níquel, contienen electrones en movimiento, los cuales generan pequeños campos magnéticos individuales. En la mayoría de los materiales, estos campos individuales están orientados aleatoriamente, por lo que su efecto se cancela. Sin embargo, en un material magnético los electrones se organizan en dominios magnéticos, donde sus movimientos están alineados en la misma dirección. Cuando un gran número de estos dominios están orientados de forma coherente, el material se convierte en un imán y produce un campo magnético externo.
Interacción con Otros Objetos
El campo magnético generado por el imán influye en los materiales que contienen electrones desordenados. Si un objeto cercano es ferromagnético (como una pieza de hierro), sus electrones comienzan a alinearse con el campo del imán, lo que provoca una atracción o repulsión entre ambos cuerpos.