Fenómenos ondulatorios: reflexión, refracción y eco
Un excursionista grita frente a la pared del cañón de Somoto y, un instante después, oye su propia voz que regresa. En una playa de San Juan del Sur, una cuchara dentro de un vaso de agua parece quebrada. ¿Qué tienen en común el eco y la cuchara «rota»? En los dos casos una onda llega a una frontera y cambia su recorrido. Al final de la página sabrás explicar cada uno y calcular distancias con un eco.
Reflexión de las ondas
Cuando una onda llega a la superficie que separa dos medios, parte de ella rebota y vuelve al medio de donde venía. Eso es la reflexión. Ocurre con la luz en un espejo, con el sonido contra una pared y con las ondas de agua contra el borde de una pila.
Para describirla se usan tres rectas: el rayo incidente (el que llega), el rayo reflejado (el que sale) y la normal, una recta perpendicular a la superficie en el punto donde llega el rayo. Los ángulos se miden desde la normal.
Reflexión especular y difusa
Si la superficie es lisa (espejo, agua en calma), los rayos paralelos salen paralelos: es la reflexión especular y da imágenes nítidas. Si es rugosa (pared de cemento, papel, hoja de un cuaderno), cada rayo cumple la ley, pero las normales apuntan en direcciones distintas y los rayos salen dispersos: es la reflexión difusa o difusión. Gracias a ella ves los objetos desde cualquier lado.
Un rayo de luz incide sobre un espejo plano formando un ángulo de $35^\circ$ con la normal. La figura muestra el rayo incidente. a) Enuncia las dos leyes de la…
Un rayo de luz incide sobre un espejo plano formando un ángulo de $35^\circ$ con la normal. La figura muestra el rayo incidente.
- a) Enuncia las dos leyes de la reflexión.
- b) Determina el ángulo de reflexión y el ángulo que forma el rayo reflejado con la superficie del espejo.
El eco y el sonar
El eco es la reflexión del sonido en un obstáculo lejano (una pared, un acantilado, el fondo del mar). El sonido sale, rebota y regresa, así que el tiempo medido corresponde a un recorrido de ida y vuelta.
El sonar de los barcos usa lo mismo: emite un pulso de ultrasonido, espera el eco y calcula la profundidad. Para saber la longitud de onda del pulso se usa $\lambda = v/f$, la relación de toda onda.
Un excursionista grita frente a la pared vertical de un acantilado y oye el eco $1.6\ \text{s}$ después (velocidad del sonido en el aire: $340\ \text{m/s}$). El esquema…
Un excursionista grita frente a la pared vertical de un acantilado y oye el eco $1.6\ \text{s}$ después (velocidad del sonido en el aire: $340\ \text{m/s}$). El esquema representa el recorrido del sonido.
- a) Explica por qué se produce el eco, nombrando el fenómeno ondulatorio responsable.
- b) Teniendo en cuenta que el sonido recorre dos veces la distancia a la pared, calcula a qué distancia está el acantilado.
El sonar de un buque oceanográfico emite un pulso de ultrasonido de $50\ \text{kHz}$ hacia el fondo marino y el eco regresa $0.8\ \text{s}$ después (velocidad del sonido…
El sonar de un buque oceanográfico emite un pulso de ultrasonido de $50\ \text{kHz}$ hacia el fondo marino y el eco regresa $0.8\ \text{s}$ después (velocidad del sonido en el agua: $1500\ \text{m/s}$). El esquema muestra el recorrido del pulso.
- a) Calcula la profundidad del fondo, recordando que el pulso hace un recorrido de ida y vuelta.
- b) Calcula la longitud de onda del pulso en el agua y exprésala en centímetros.
Refracción de las ondas
Cuando una onda pasa de un medio a otro, parte se refleja y parte se transmite cambiando de dirección. Eso es la refracción, y ocurre porque la rapidez de la onda cambia de un medio a otro. Por eso la cuchara en el vaso parece quebrada y el fondo de una piscina parece más cercano.
La frecuencia no cambia al cambiar de medio (la fija el emisor). Lo que cambia son la rapidez $v$ y la longitud de onda, según $\lambda = v/f$.
Vuelve al principio: el eco es una reflexión del sonido y la cuchara «rota» es una refracción de la luz al pasar del agua al aire.