LA DIFRACCIÓN Y EL MUNDO CUÁNTICO

La difracción es un fenómeno de las ondas en el que la onda cambia su dirección de propagación cuando choca contra un obstáculo o cuando atraviesa una rendija. Se da en todo tipo de onda, ya sea mecánica o electromagnética. La difracción es más evidente cuanto mayor sea la longitud de onda respecto de las dimensiones del obstáculo o del ancho de la rendija. La difracción es la "culpable" de que se pueda oir un sonido a la vuelta de una pared pero no consigue de se vea quién emite el sonido.

Pero también la difracción nos va a servir para introducirnos en ese mundo cuántico en que la materia y las ondas no son tan diferentes y en el que existe mucha "incertidumbre"; recuerda el principio de incertidumbre de Heisemberg. Este video sirve para ilustrar este fenómeno, además a partir de él se puede acceder a otros también muy interesantes.

TIPOS DE ONDAS

Si se comparan la dirección de propagación de la onda con el movimiento de las partículas del medio las ondas pueden ser longitudinales y transversales. El enlace adjunto servirá para diferenciar un tipo de onda de otro y para ver una onda que presente características de las dos. Además se podrá observar la formación de ondas estacionarias por efecto de la superposición de una onda con otra reflejada.

OSCILACIONES FORZADAS - RESONANCIA

El sistema de la figura de la izquierda consiste en un muelle que tiene colgando un cuerpo de masa m (cuerpo azul) y cuya constante elástica de restitución es K. El muelle está fijo en un punto y cuelga de el (punto rojo). Si el cuerpo se separa de su posición de equilibrio y se deja en libertad el cuerpo adquiere un movimiento oscilatorio. La frecuencia de esa oscilación se puede calcular ya que depende de la masa del cuerpo azul y de la constante elástica del muelle. Esta frecuencia sería la conocida como frecuencia natural de oscilación del cuerpo unido al muelle: ω_o. Por ejemplo, si la masa del cuerpo y la constante elástica del muelle valiesen  1 kg y 10 N/m, respectivamente, la frecuencia natural sería: ω_o = 3,16 s^-1. 

 Sin embargo, ¿qué pasaría si el punto rojo no estuviese fijo, sino que tuviese un movimiento oscilatorio? Este movimiento oscilatorio del punto rojo se comunicaría al cuerpo azul y este empezaría con lo que se conoce como oscilación forzada. El movimiento del cuerpo azul dependería de cómo se moviese el punto rojo; en particular, de cómo sería la frecuencia de la oscilación del punto rojo. Esta frecuencia del punto rojo se conoce como frecuencia de excitación para las oscilaciones forzadas. Si la frecuencia de oscilación del punto rojo fuese menor que la frecuencia natural del cuerpo azul, este adquiriría un movimiento en fase con el punto rojo. Si la frecuencia de oscilación del punto rojo fuese mayor que la frecuencia natural del cuerpo azul, este adquiriría un movimiento en oposición de fase con el punto rojo. 
El efecto más espectacular se produce cuando la frecuencia de oscilación del punto azul tiene el mismo valor que la frecuencia natural del cuerpo azul. En este caso la amplitud de la oscilación del cuerpo azul va aumentando con cada oscilación, llegando a descontrolarse el movimiento. Este fenómeno se conoce como RESONANCIA. La resonancia hace que podamos mantener el movimiento de un columpio con un pequeño impulso pero también que pueda destruirse un puente por acción del viento.




La animación que se acompaña sirve para trabajar el efecto de la resonancia: accede a la animación.

EL PÉNDULO SIMPLE

Un péndulo simple consta de una partícula de masa m, que cuelga de un hilo de longitud l, que se considera inextensible y de masa despreciable.

El movimiento del péndulo se consigue separándolo un cierto ángulo respecto de la vertical y dejándolo libre. El péndulo simple ideal no sufriría amortiguación y tendría un movimiento oscilatorio periódico. La oscilación se daría entre dos extremos (A y A´) equidistantes de un punto central (C). En la figura se muestra el sistema de fuerzas que actuaría sobre un péndulo simple. La única fuerza con un trabajo distinto de cero sería la componente tangencial del peso. Como el peso es una fuerza conservativa, el trabajo de esta fuerza serviría para variar la energía potencial del péndulo.

La siguiente animación sirve para estudiar el movimiento del péndulo. (Animación)