Conceptos Fundamentales de Física: Ondas, Sonido, Luz, Electricidad y Magnetismo

1. Ondas

Una onda es una perturbación que se propaga a través del espacio o de un medio material, transportando energía sin trasladar materia. Consiste en un movimiento repetitivo en torno a una posición de equilibrio.

Características de las Ondas

• Amplitud (A): Máxima elongación o altura de la onda respecto a su línea de equilibrio (asociada a la cantidad de energía).
• Longitud de onda (λ): La distancia física que recorre una onda en un ciclo completo (distancia entre dos montes o dos valles consecutivos).
• Período (T): El tiempo que tarda en producirse un solo ciclo completo. Se mide en segundos (s): T = tiempo / n° de ciclos.
• Frecuencia (f): El número de ciclos que efectúa la onda por unidad de tiempo. Se mide en Hertz (Hz): f = n° de ciclos / tiempo.
• Nota clave: El período y la frecuencia son inversos (f = 1/T). Si la frecuencia disminuye, el período aumenta.
• Rapidez de propagación (v): La relación entre la distancia recorrida y el tiempo empleado. Se calcula como: v = longitud de onda / tiempo o v = longitud de onda × frecuencia.
• Dato para el examen: La rapidez depende exclusivamente de las características del medio, no de la onda. Si el medio no cambia, la rapidez se mantiene constante.

Clasificación de las Ondas

1. Según el medio de propagación:
   • Mecánicas: Necesitan un medio material (sólido, líquido o gas) para propagarse (ej: sonido).
   • Electromagnéticas: No necesitan un medio material; pueden propagarse por el vacío (ej: luz).
2. Según el modo de vibración del medio:
   • Transversales: Las partículas del medio vibran de forma perpendicular a la dirección de propagación (ej: la luz).
   • Longitudinales: Las partículas del medio vibran en la misma dirección en que se propaga la onda (ej: el sonido).
3. Según sus límites: Viajeras (se propagan libremente desde una fuente) o Estacionarias (atrapadas en una región del espacio).
4. Según sus dimensiones: Unidimensionales, bidimensionales o tridimensionales (3D).

2. Sonido

El sonido es un fenómeno físico que estimula nuestro oído mediante vibraciones mecánicas que se propagan como ondas mecánicas, longitudinales, viajeras y tridimensionales (3D).

Características del Sonido

• Intensidad: Permite reconocer si un sonido es "fuerte" o "débil". Está relacionada con la amplitud de la onda.
• Tono: Se refiere a cuán agudo o grave es el sonido. Está relacionado con la frecuencia:
  • Mayor frecuencia = Sonido Agudo.
  • Menor frecuencia = Sonido Grave.
  • Rango audible humano: Percibimos entre 20 Hz y 20.000 Hz. Bajo 20 Hz es infrasonido y sobre 20.000 Hz es ultrasonido.
• Timbre: Cualidad que permite diferenciar dos sonidos con igual tono e intensidad emitidos por fuentes distintas.

Propiedades Ondulatorias del Sonido

• Reflexión: El sonido rebota al chocar contra una superficie. Fenómenos asociados: eco y reverberación.
• Refracción: Cambio en la velocidad y dirección al atravesar medios de distinta densidad o temperatura.
• Difracción: Capacidad de rodear obstáculos o pasar por aberturas.
• Interferencia: Superposición de ondas (constructiva o destructiva).
• Absorción: Energía sonora atrapada por el material.
• Efecto Doppler: Variación aparente del tono según el movimiento de la fuente.

3. Luz

La luz es energía electromagnética con naturaleza dual: se comporta como onda y como partícula (fotón). Se produce mediante saltos cuánticos de los electrones.

• Propagación: Viaja en línea recta; es una onda transversal y electromagnética.
• Espectro Electromagnético: La luz visible es solo una pequeña porción de la radiación existente.
• Propiedades: Reflexión, refracción (ej: fibra óptica), difracción e interferencia.

4. Electricidad

Bases Atómicas y Carga Eléctrica

• Los electrones son los responsables de la corriente eléctrica por su movilidad.
• Un objeto neutro tiene igual cantidad de protones (+) y electrones (-).
• Regla: Cargas iguales se repelen, opuestas se atraen.

Materiales

• Conductores: Permiten el flujo de electrones (ej: cobre, aluminio).
• Aislantes: Alta resistencia al flujo (ej: plástico, madera, goma).
• Semiconductores: Comportamiento intermedio (ej: silicio, germanio).

Métodos de Electrización

1. Frotamiento: Transferencia de electrones por fricción.
2. Contacto: Transferencia de carga al tocar un cuerpo neutro.
3. Inducción: Reordenamiento de cargas a distancia sin contacto.

Circuitos y Ley de Ohm

• Voltaje (V): Energía que empuja a los electrones.
• Intensidad (I): Flujo de electrones por segundo.
• Resistencia (R): Oposición al paso de la corriente.
• Ley de Ohm: La intensidad es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia.

5. Magnetismo

• Origen: Movimiento de cargas eléctricas (espín de los electrones).
• Polos: Norte y Sur. Son inseparables; al cortar un imán, se obtienen dos nuevos imanes.
• Campo Magnético: Región donde se ejercen fuerzas; las líneas salen del Norte y entran por el Sur.
• Materiales: Ferromagnéticos (hierro, níquel, cobalto) son atraídos; los no magnéticos no.
• Electromagnetismo: Una corriente eléctrica genera un campo magnético (electroimanes). Si la corriente se interrumpe, el magnetismo desaparece.