Ondas

Difracción

La difracción es el cambio de dirección que experimenta una onda en su propagación cuando se encuentra con obstáculos o aberturas. Si el tamaño de la abertura es grande en relación con la longitud de onda, el fenómeno de difracción no es significativo, pero si el tamaño de la abertura es del orden de la longitud de onda, el fenómeno de difracción sí es significativo, ya que en la abertura del orificio se genera, según el principio de Huygens, un foco emisor de nuevas ondas que se propagan en todas direcciones.

Interferencias de las ondas

La coincidencia de dos o más ondas que se propagan en un mismo medio se denomina interferencia, explicándose este comportamiento mediante el principio de superposición de ondas, que nos dice que cuando se propagan dos o más ondas por un medio, la perturbación resultante en cada punto del medio es igual a la suma de las perturbaciones que producirían cada una de las ondas por separado. Al superponerse dos o más ondas se dice que la interferencia es constructiva cuando la perturbación resultante es mayor, pero se dice que es destructiva cuando la perturbación resultante es menor. Una característica esencial de las interferencias es que cada onda continúa propagándose sin sufrir modificación tras inferir con otras. Esto explica por qué 2 personas se entienden al hablar en un lugar con ruidos.

Principio de Huygens

En el siglo XVII, el físico inglés Robert Hooke, propuso una teoría ondulatoria de la luz que más tarde el físico holandés Huygens la amplió, obteniendo un modelo general de propagación de ondas. Todos los puntos de un frente de ondas se comportan como focos emisores de ondas elementales o secundarias (de igual velocidad y frecuencia que la onda inicial), que se propagan en todas direcciones; en un instante dado, el nuevo frente de ondas es la envolvente de las ondas secundarias. El principio de Huygens permitió deducir las leyes de la reflexión y refracción, así como explicar el fenómeno de la difracción.

Clasificación de las ondas

Se pueden clasificar atendiendo a varios criterios:

1. Según el tipo de energía que propagan:

• Ondas mecánicas: Requieren un medio material para su propagación. Transportan energía mecánica. Ej. el sonido, la onda sobre una cuerda, la onda sobre la superficie de un líquido, etc.
• Ondas electromagnéticas: No requieren medio material para su propagación. Transportan energía electromagnética. Ej. la luz, las ondas de radio y TV, microondas, Rayos X, láser, etc.

2. Según la dirección de propagación y vibración:

• Ondas transversales: Son aquellas en las que la dirección de propagación es perpendicular a la de vibración. Ej. ondas electromagnéticas, la onda sobre una cuerda, la onda sobre la superficie de un líquido, etc.
• Ondas longitudinales: Son aquellas en las que la dirección de propagación y la de vibración coinciden. Ej. el sonido.

3. Según las dimensiones en que se propagan:

• Ondas unidimensionales: Si se propagan en una sola dirección. Ej. la onda de una cuerda.
• Ondas bidimensionales: Si se propagan en dos direcciones. Ej. la onda sobre una superficie de un líquido.
• Ondas tridimensionales: Si se propagan en todas las direcciones. Ej. el sonido, las ondas electromagnéticas.

Física cuántica

Principio de incertidumbre

La física clásica, e incluso, la llamada antigua teoría cuántica, era una física determinista, en la que se consideraba que conocidos la posición y la velocidad de una partícula, en un instante determinado, era posible determinar su posición y velocidad en otro instante cualquiera. Heisenberg enunció el principio de incertidumbre, del que se deduce que no es posible desarrollar una física determinista a nivel microscópico. Este hecho se ha demostrado con experiencias relativas a la difracción de electrones, que pone de manifiesto que se trata de un fenómeno ondulatorio, lo que hace imposible la determinación simultánea y exacta de su posición y velocidad. Para los electrones, lo único que podemos suponer, es que el electrón está dentro de un grupo de ondas que se extienden a una pequeña región del espacio y que su posición en un cierto instante no puede especificarse con el deseado grado de precisión. El principio de indeterminación dice que siempre que se opere con variables conjugadas (que son aquellas cuyo producto tiene las dimensiones de la constante de Planck: posición “x” y momento lineal “p” o energía “E” y tiempo “t”) el producto de los errores cometidos en la determinación simultánea de ambas variables ha de ser igual o mayor que el cociente de la constante de Planck entre 2π.

Tipos de radiaciones nucleares

En la naturaleza existen unas radiaciones, llamadas radiaciones ionizantes, que son emitidas por las sustancias radiactivas y por los Rayos X. Estas radiaciones pueden ser emitidas tanto por fuentes naturales (sustancias radiactivas naturales, radiación cósmica), como por fuentes artificiales (aparatos o sustancias radiactivas artificiales). Si sobre un átomo incide una radiación ionizante puede suceder que uno o más electrones escapen de la atracción nuclear y, por tanto, que dicho átomo se ionice. Esa es la diferencia con las radiaciones no ionizantes, en las que el átomo no se llega a ionizar.

Las radiaciones emitidas por las sustancias radiactivas naturales son de tres tipos: radiaciones α, β y γ.

• Radiaciones α: son núcleos de Helio ( He 4 2 ). Su velocidad depende del núcleo que las emite y oscila entre un 5 y 7’5 % de la velocidad de la luz en el vacío.
• Radiaciones β: son electrones originados en una transformación del núcleo, en la que un neutrón → protón + electrón + antineutrino, la velocidad de las radiaciones β es del 90% de “c”.
• Radiaciones γ: son radiaciones electromagnéticas, por lo que se propagan a la velocidad de la luz. En general, una sustancia radiactiva emite radiaciones α o β, acompañadas, en ocasiones, de la γ.

Las emisiones radiactivas interaccionan con la materia, durante su recorrido le van cediendo energía y provocan alteraciones tales como ionización, excitación, etc. En las radiaciones radiactivas interesa conocer su poder de ionización y su poder de penetración. Estos efectos dependen de la carga eléctrica, de la masa y de la “v” de la radiación (α o β). Las α tienen un poder de ionización alto y poder de penetración muy bajo, ya que al tener dos cargas positivas, toman electrones de otros átomos rápidamente, para convertirse en Helio. Las β al ser más pequeñas y tener menos carga, tienen un poder de penetración medio y un poder de ionización medio. Las γ tienen un gran poder de penetración y bajo poder de ionización.

interaccion nuclear fuerte: es la mas intensa, pero de muy corto alcance, su caracter es saturado. esta fuerza nuclear no se manifiesta fuera del nucleo. Interaccion electromagnetica: es aproximadamente cien veces menos intensa que la interaccion nuclear  fuerte. Es de alcance limitado y actua sobre particulas cargadas, siendo atractiva o repulsiva segun sea el signo de las cargas. Es responsable de que los atomos, moleculas y la materia permanezcan unidos. Las fuerzas electricas y magneticas tienen su origen en una sola interaccion existente entre particulas cargadas electricamente. Interaccion nuclear debil: Es menos intensa que la interaccion electromagnetica, aproximadamende 10^13 veces menor que la interaccion nuclear fuerte. Son de corto alcance y aparecen en la desintegracion B de los nucleos radiactivos. Actuan sobre unas particulas subatomicas llamadas leptones. Interaccion grav: es la mas debil de todas. Su intensidad es aproximadamente 10^39 veces menor que la fuerte. Su alcance es ilimitado y actuan sobre todas las masas, teniendo siempre un caracter atractivo. Newton demostro que la gravedad terrestre y la astronomica se deben a ella

hipotesis de planck: Planck afirmo que la energia emitida por un cuerpo negro no puede tomar cualquier valor, sino unicamente multiplos de una cantidad de energia que viene dada por la expresion:.. Ello supone afirmar que la energia que se absorbe o se emite esta cuantizada, es decir, solamente se puede tomar determinados valores dados por los llamados cuantos de energia. Esta hipotesis es importante a la hora de explicar las leyes del mundo microscopico. Hipotesis de Broglie: De broglie establecio que si la luz de comportaba como onda y particula, al igual que dicho fotones, la materia debia poseer un caracter dual. Segun la hipotesis de De Broglie, cada particula en movimiento lleva ascoaida una onda siendo la longitud de onda asociada dada por la siguiente expresion:…Cualquier particula en mov lleva una onda asociada, sin embargo solo sosn medibles las longitudes de onda asociadas a particulas microscopicas debido a que si la masa es elevada, y dado el bajo valor de la constante de plack, obtenemos un valor de landa muy bajo pero si la masa m es pequeña, obtendremos una landa medible. Al igual que ocurre en las ondas electromagneticas como la luz, los aspectos ondulatorio y de particulas de los cuerpos en mov nunca se pueden observas al mismo tiempo. En ciertas situaciones una particula en mov presenta propiedades ondulatorias y en otras presenta propiedades de particulas.