CONTENIDO:
-MOVIMIENTO ARMONICO SIMPLE
- MOVIMIENTO PERIODICO
- MOVIMIENTO OSCILATORIO
- MOVIMIENTO VIBRATORIO
- MOVIMIENTO VIBRATORIO ARMONICO SIMPLE
-FENOMENOS ONDULATORIOS
- REFLEXIÓN
- REFRACCIÓN
- DIFRACCIÓN
- INTERFERENCIA
MOVIMIENTO ARMONICO SIMPLE ( M.A.S)
El movimiento armónico simple es un movimiento periódico que queda descrito en función del tiempo por una función armónica ( seno o coseno ). Unas definiciones para describir el M.A.S son:
- Movimiento periódico: un movimiento se dice periódico cuando a intervalos iguales de tiempo, todas las variables del movimiento (velocidad, aceleración, etc.), toman el mismo valor.
- Movimiento oscilatorio: Son los movimientos periódicos en los que la distancia del móvil al centro, pasa alternativamente por un valor máximo y un mínimo.
- Movimiento vibratorio: Es un movimiento oscilatorio que tiene su origen en el punto medio, de forma que las separaciones a ambos lados, llamadas amplitudes, son iguales.
- Movimiento vibratorio armónico simple: es un movimiento vibratorio con aceleración variable, producido por una fuerza que se origina cuando el cuerpo se separa de su posición de equilibrio.
Un resorte cuando lo separamos de su posición de equilibrio, estirándolo o comprimiéndolo, adquiere un movimiento vibratorio armónico simple, pues la fuerza recuperadora de ese resorte es la que genera una aceleración, la cual le confiere ese movimiento de vaivén.
Observando el movimiento del resorte, vemos que se desplaza entre dos puntos, desde la máxima compresión hasta la máxima elongación, pasando por un punto medio, de equilibrio. La distancia desde el punto medio a cualquiera de los extremos la llamamos AMPLITUD y la representamos por A.
La posición que ocupa la bola roja en cada momento con respecto al punto central la conocemos como ELONGACIÓN, x.
El tiempo en realizar una oscilación completa es el PERÍODO, representado por T y medido en segundos.
La FRECUENCIA es el número de oscilaciones por segundo que realiza y la representamos por n.
Para definir el movimiento tenemos que calcular su ecuación, donde veremos la relación entre las magnitudes que intervienen e influyen sobre él. Como cualquier movimiento, debemos encontrar una ecuación que nos relacione la posición (x) con el tiempo, es decir, encontrar la expresión de la posición en función del tiempo. Para ello vamos a partir de dos leyes muy conocidas en Física:
– Ley de Hooke: que determina que la fuerza recuperadora del resorte es proporcional a la posición y de signo contrario. La expresión de la ley es:
F = – Kx
– La 2ª ley de Newton: que nos viene a decir que toda aceleración tiene su origen en una fuerza. esto lo expresamos con la conocida:
F = ma
Es obvio que la fuerza recuperadora del resorte es la que origina la aceleración del movimiento, lo que supone que ambas fuerzas, expresadas arriba, son iguales. Luego:
donde hemos expresado la aceleración como la segunda derivada de la posición con respecto al tiempo. A partir de esta ecuación encontramos dos soluciones para el valor de la posición en función del tiempo:
x = A sen(wt + q) y x = A cos(wt + q)
siendo x la elongación, A la amplitud, w la pulsación o frecuencia angular y q el desfase, que nos indica la discrepancia entre el origen de espacios (pinto donde empezamos a medir el espacio) y el origen de tiempos.
El valor de la frecuencia angular está relacionado con la constante recuperadora por la ecuación que viene a continuación:
VELOCIDAD Y ACELERACIÓN EN EL MAS:
A partir de la ecuación de la posición o elongación (partimos de la 1ª ecuación de la de arriba) y, derivando con respecto al tiempo, obtenemos la ecuación de la velocidad en el MAS:
v = A w cos(wt + q)
Modificando ligeramente esta ecuación encontramos una expresión de la velocidad en función de x, la elongación:
Derivando con respecto al tiempo la velocidad, obtenemos la ecuación de la aceleración en el MAS:
a = – A w2 sen(wt + q)
de la que podemos obtener también una ecuación que la relaciona con la posición:
a = – A w2
Con las expresiones de la velocidad y de la aceleración podemos calcular fácilmente los valores máximos de ambas y los puntos de la trayectoria donde se dan estos valores. Quedan resumidos en la siguiente tabla:
|
Magnitud |
Ecuación |
Condición máximo |
Se da en |
|
Velocidad |
v:w√A²-x² |
X:0 |
El punto de equilibrio |
|
Aceleración |
a : – A w2 |
X:A (X es máximo) |
En los puntos extremos |
MOVIMIENTO ONDULATORIO
El estudio de los fenómenos ondulatorios supone la utilización de conceptos tales como periodo, frecuencia, longitud de onda y amplitud, y junto a ellos el de frente de onda, el cual es característico de las ondas dimensionales y tridimensionales.
Se denomina frente de ondas al lugar geométrico de los puntos del medio que son alcanzados en un mismo instante por la perturbación.
Las ondas que se producen en la superficie de un lago, como consecuencia de una vibración producida en uno de sus puntos, poseen frentes de onda circulares. Cada uno de esos frentes se corresponden con un conjunto de puntos del medio que están en el mismo estado de vibración, es decir a igual altura. Debido a que las propiedades del medio, tales como densidad o elasticidad, son las mismas en todas las direcciones, la perturbación avanza desde el foco a igual velocidad a lo largo de cada una de ellas, lo que explica la forma circular y, por tanto, equidistante del foco, de esa línea que contiene a los puntos que se encuentran en el mismo estado de vibración.
FENOMENOS ONDULATORIOS
Reflexión
Sabemos, que una onda está caracterizada por un frente de onda, que son los puntos de propagación de la onda que poseen igual fase. Se denomina rayo, a un vector imaginario cuya dirección es perpendicular al frente de onda y su sentido es el de propagación del mismo.
Cuando un rayo se refleja en una superficie, se denominan: ángulo de incidencia, al formado por el rayo incidente y la normal; ángulo de reflexión, al formado por el rayo reflejado y la normal. Siendo la normal, la perpendicular a la superficie, esquematizado en la figura siguiente.
- Refracción
Si una onda pasa de un medio a otro distinto, (por ej. distinta densidad), ésta cambia su velocidad y se produce una desviación de la dirección de propagación de la onda. Esto es lo que se denomina refracción
- Difracción
Es el fenómeno en que la luz rodea un obstáculo y cambia de dirección al atravesar una abertura pequeña.
El rayo de luz que logra pasar a través de la abertura se convierte en un haz de luz en forma de cono y la ranura se convierte en una fuente de ondas de luz secundarias
- Interferencia
cualquier proceso que altera, modifica o destruye una onda durante su trayecto en el medio en que se propaga. La palabra destrucción, en este caso, debe entenderse en el sentido de que las ondas cambian de forma al unirse con otras; esto es, después de la interferencia normalmente vuelven a ser las mismas ondas con la misma frecuencia.
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CONTENIDO:
-SONIDO
- VELOCIDAD DEL SONIDO
- VIBRACIÓN FORZADA Y RESONANCIA
-CUERDAS SONORAS
-TUBOS SONOROS
- ESTADO VIBRATORIO DE UN TUBO ABIERTO
- ESTADO VIBRATORIO DE UN TUBO CERRADO
- LEY DE LOS TUBOS SONOROS
-PRINCIPIO DE HUYGENS FRESNEL
-EFECTO DOPPLER
-LEY DE SNELL
-ESPEJOS
- ESPEJOS PLANOS
- ESPEJOS ESFERICOS
- ESPEJOS CONCAVOS
- ESPEJOS CONVEXOS
SONIDO
Cuando se produce una perturbación periódica en el aire, se originan ondas sonoras longitudinales. Por ejemplo, si se golpea un diapasón con un martillo, las ramas vibratorias emiten ondas longitudinales. El oído, que actúa como receptor de estas ondas periódicas, las interpreta como sonido.
El término sonido se usa de dos formas distintas. Los fisiólogos definen el sonido en término de las sensaciones auditivas producidas por perturbaciones longitudinales en el aire. Para ellos, el sonido no existe en un planeta distante. En física, por otra parte, nos referimos a las perturbaciones por sí mismas y no a las sensaciones que producen. Sonido es una onda mecánica longitudinal que se propaga a través de un medio elástico.
- La velocidad del sonido
Cualquier persona que haya visto a cierta distancia cómo se dispara un proyectil ha observado el fogonazo del arma antes de escuchar la detonación. Ocurre algo similar al observar el relámpago de un rayo antes de oír el trueno. Aunque tanto la luz como el sonido viajan a velocidades finitas, la velocidad de la luz es tan grande en comparación con la del sonido que pueden considerarse instantánea. La velocidad del sonido se puede medir directamente determinando el tiempo que tardan las ondas en moverse a través de una distancia conocida. En el aire, a 0ºC, el sonido viaja a una velocidad de 331 m/s (1087 ft/s).
La velocidad de una onda depende de la elasticidad del medio y de la inercia de sus partículas. Los materiales más elásticos permiten mayores velocidades de onda, mientras que los materiales más densos retardan el movimiento ondulatorio. Las siguientes relaciones empíricas se basan en estas proporcionalidades.
Para las ondas sonoras longitudinales en un alambre o varilla, la velocidad de onda está dada por:
donde Y es el módulo de Young para el sólido y p es su densidad. Esta relación es válida sólo para varillas cuyos diámetros son pequeños en comparación con las longitudes de las ondas sonoras longitudinales que se propagan a través de ellas.
En un sólido extendido, la velocidad de la onda longitudinal es función del módulo de corte S, el módulo de volumen B, y la intensidad p del medio. La velocidad de la onda se puede calcular a partir de:
- Vibración Forzada y Resonancia
Cuando un cuerpo que está vibrando se pone en contacto con otro, el segundo cuerpo se ve forzado a vibrar con la misma frecuencia que el original. Por ejemplo, si un diapasón es golpeado con un martillo y luego se coloca su base contra la cubierta de una mesa de madera, la intensidad del sonido se incrementará repentinamente. Cuando se separa de la mesa el diapasón, la intensidad disminuye a su nivel original. Las vibraciones de las partículas de la mesa en contacto con el diapasón se llaman vibraciones forzadas.
CUERDAS SONORAS
Se le llama así a todo aquello emite sonido a través de las vibraciones de diferentes cuerpos, por ejemplo, un tambor, una campana, nuestra propia voz, un teléfono, una guitarra, etc., hay muchos tipos de cuerdas sonoras… y cada una de ellas se registra de diferentes formas ya sea por su velocidad y la frecuencia que se emiten los sonidos a través del aire “esto es importantísimo” porque sin aire, no podría haber cierta vibración.
TUBOS SONOROS
Es un tubo de madera o de metal en general cilíndrico de sección circular o rectangular, en el interior del cual el aire en vibración presenta unos sistemas de ondas estacionarias correspondientes a una frecuencia audible. Conocemos este fenómeno vibratorio y sabemos que es caracterizado por vientres de vibración (nudos de presión) y de nudos de vibración (vientres de presión) cuando hablamos de ondas planas, caso para un tubo cilíndrico. La fuente de vibración esta a una extremidad del tubo : la boca de una flauta o el escarpado de un saxofón accionado por una corriente de aire. Esta fuente emite un sonido mal definido, complejo, en el cual se encuentra la frecuencia conveniente para producir el sistema de ondas estacionarias en un tubo dado. El tubo vibrante reacciona entonces sobre la fuente; las vibraciones otras que la que reenfuerza el tubo son amortiguadas rápidamente.
- Estado vibratorio de un tubo abierto:
Las dos extremidades donde reina una presión constante son nudos de presión, vientres de vibración.
- Estado vibratorio de un tubo cerrado:
Un tubo esta cerrado cuando la extremidad opuesta a la boca tiene fondo. Se produce entonces un nudo de vibración en ese fondo, pero un vientre subsiste en la boca del tubo.
- Leyes de los tubos Sonoros
Para los tubos abiertos (longitud L)
L = k * l / 2
Si v es la velocidad del sonido en el gas que llena el tubo l = v / g
g = k* v / 2L
k = 1 corresponde al sonido fundamental , k = 2, 3,….. a los diversos parciales. Los parciales posibles son armónicos del fundamental. Se puede aplicar en distintas maneras se ven los tubos sonoros por ejemplo en una flauta de pan, tubo de órganos.
PRINCIPIO DE HUYGENS FRESNEL
Cuando una onda se propaga en un medio, todos los puntos que son alcanzados por la onda adquieren un movimiento vibratorio análogo al que posee el foco del movimiento ondulatorio. Así, estos puntos vibrantes se convierten en focos de nuevos movimientos ondulatorios (ondas secundarias), que originan la vibración de los siguientes puntos del medio sin que intervenga el foco original del movimiento.
De acuerdo con el principio de Huygens, todo punto alcanzado por una onda puede ser considerado como centro de ondas secundarias, las cuales sólo son activas en el punto de contacto con la envolvente.
EFECTO DOPPLER
El efecto Doppler establece el cambio de frecuencia de un sonido de acuerdo al movimiento relativo entre la fuente del sonido y el observador. Este movimiento puede ser de la fuente, del observador o de los dos. Diríamos que el efecto Doppler asume la frecuencia de la fuente como una constante pero lo escuchado depende de las velocidades de la fuente y del observador.
La frecuencia que percibirá el observador se puede hallar de la siguiente relación:
Donde:
fo = frecuencia del observador
ff = frecuencia de la fuente
v = velocidad del sonido
vf = velocidad de la fuente
los velocidades vo y vf son positivas si hay acercamiento y son negativas si se alejan.
Cuando el emisor de una onda electromagnética se acerca al receptor, la frecuencia de la onda recibida será mayor que la frecuencia emitida. Si por el contrario la fuente de ondas se aleja del receptor, la frecuencia recibida será proporcionalmente menor.
Ejemplo del efecto Doppler
si uno está cerca de la vía del ferrocarril y escucha el silbato del tren al aproximarse, se advierte que el tono del silbido es más alto que el normal que se escucha cuando el tren está detenido. A medida que el tren se aleja, se observa que el tono que se escucha es más bajo que el normal. En las pistas de carreras, el sonido de los automóviles que se acercan a la gradería es considerablemente más alto en tono que el sonido de los autos que se alejan de la gradería. Si la fuente de sonido está fija, un oyente que se mueva hacia la fuente observará un aumento similar en el tono. Un oyente que se aleja de la fuente de sonido escuchará un sonido de menor tono.
LEY DE SNELL
La ley de Snell es una fórmula simple utilizada para calcular el ángulo de refracción de la luz al atravesar la superficie de separación entre dos medios de propagación de la luz (o cualquier onda electromagnética) con índice de refracción distinto. El nombre proviene de su descubridor, el matemático holandés Willebrord Snel van Royen (1580-1626). Le pusieron “Snell” debido a su apellido pero le pusieron dos “l” por su nombre Willebrord el cual lleva dos “l”. La ley de snell es muy utilizada en muchos casos. La misma afirma que el producto del índice de refracción por el seno del ángulo de incidencia es constante para cualquier rayo de luz incidiendo sobre la superficie separatriz de dos medios. Aunque la ley de Snell fue formulada para explicar los fenómenos de refracción de la luz se puede aplicar a todo tipo de ondas atravesando una superficie de separación entre dos medios en los que la velocidad de propagación de la onda varíe.
ESPEJOS PLANOS
Un espejo plano es una superficie plana muy pulimentada que puede reflejar la luz que le llega con una capacidad reflectora de la intensidad de la luz incidente del 95% (o superior) . Los espejos planos se utilizan con mucha frecuencia. Son los que usamos cada mañana para mirarnos. En ellos vemos nuestro reflejo, una imagen que no está distorsionada.
¿Qué imágenes dan?
Una imagen en un espejo se ve como si el objeto estuviera detrás y no frente a éste ni en la superficie. (Ojo, es un error frecuente el pensar que la imagen la vemos en la superficie del espejo).El sistema óptico del ojo recoge los rayos que salen divergentes del objeto y los hace converger en la retina.El ojo identifica la posición que ocupa un objeto como el lugar donde convergen las prolongaciones del haz de rayos divergentes que le llegan. Esas prolongaciones no coinciden con la posición real del objeto. En ese punto se forma la imagen virtual del objeto.La imagen obtenida en un espejo plano no se puede proyectar sobre una pantalla, colocando una pantalla donde parece estar la imagen no recogería nada. Es, por lo tanto virtual, una copia del objeto “que parece estar” detrás del espejo.El espejo sí puede reflejar la luz de un objeto y recogerse esta sobre una pantalla, pero esto no es lo que queremos decir cuando afirmamos que la imagen virtual no se recoge sobre una pantalla. El sistema óptico del ojo es el que recoge los rayos divergentes del espejo y el cerebro interpreta como procedentes de detrás del espejo (justo donde se cortan sus prolongaciones)
La imagen formada es:
Simétrica, porque aparentemente está a la misma distancia del espejo. Virtual, porque se ve como si estuviera dentro del espejo, no se puede formar sobre una pantalla pero puede ser vista cuando la enfocamos con los ojos. Del mismo tamaño que el objeto. Derecha, porque conserva la misma orientación que el objeto.
ESPEJOS ESFÉRICOS
Los espejos esfericos pueden ser cóncavos o convexos. A diario los encontramos en nuestras casas: bolitas de navidad, cazuelas, cucharas, etc. Si experimentas con ellos notarás que la imagen que reflejan no poseen las mismas características que en los espejos planos. En realidad estas características dependen, entre otras cuestiones, del tipo de espejo y de la distancia a la que se encuentra el objeto.
- Espejo Concavo
Un cuerpo iluminado o que emite o refleja luz se considera un objeto en óptica geométrica. Colocando un objeto delante de un espejo cóncavo este formará una Imagen real de ese objeto.
Casos de formación de la imagen según la posición del objeto:
Si el objeto está situado entre el centro de curvatura y el infinito, la imagen será menor, real e invertida.Estará situada entre C y F.
Si el objeto está situado en C la imagen también estará en C y será igual, invertida y real.
Si el objeto está situado entre el centro de curvatura y el foco, la imagen será mayor, real e invertida. Estará situada entre C y el infinito.
Si el objeto está situado entre el foco y el espejo, la imagen será mayor, derecha y virtual. Estará situada detrás del espejo.
- Espejo Convexo
Los espejos convexos hacen diverger los rayos luminosos paralelos. Se suele usar en supermercados y bancos como una manera de tener una vista de amplio espectro. En un espejo convexo sólo se forman imagenes virtuales.
- CONVERGENTES
- DIVERGENTES
-INSTRUMENTOS OPTICOS
Se denomina refracción luminosa al cambio que experimenta la dirección de propagación de la luz cuando atraviesa oblicuamente la superficie de separación de dos medios transparentes de distinta naturaleza. Las lentes, las máquinas fotográficas, el ojo humano y, en general, la mayor parte de los instrumentos ópticos basan su funcionamiento en este fenómeno óptico.
El fenómeno de la refracción va en general, acompañado de una reflexión, más o menos débil, producida en la superficie que limita los dos medios transparentes. El haz, al llegar a esa superficie límite, en parte se refleja y en parte se refracta, lo cual implica que los haces reflejado y refractado tendrán menos intensidad luminosa que el rayo incidente. Dicho reparto de intensidad se produce en una proporción que depende de las características de los medios en contacto y del ángulo de incidencia respecto de la superficie límite. A pesar de esta circunstancia, es posible fijar la atención únicamente en el fenómeno de la refracción para analizar sus características.
Las leyes de la refracción
Al igual que las leyes de la reflexión, las de la refracción poseen un fundamento experimental. Junto con los conceptos de rayo incidente, normal y ángulo de incidencia, es necesario considerar ahora el rayo refractado y el ángulo de refracción o ángulo que forma la normal y el rayo refractado.
Sean 1 y 2 dos medios transparentes en contacto que son atravesados por un rayo luminoso en el sentido de 1 a 2 y e1 y e2 los ángulos de incidencia y refracción respectivamente. Las leyes que rigen el fenómeno de la refracción pueden, entonces, expresarse en la forma:
1.ª Ley. El rayo incidente, la normal y el rayo refractado se encuentran en el mismo plano.
2.ª Ley. (ley de Snell) Los senos de los ángulos de incidencia e1 y de refracción e2 son directamente proporcionales a las velocidades de propagación v1 y v2 de la luz en los respectivos medios.
Recordando que índice de refracción y velocidad son inversamente proporcionales la segunda ley de la refracción se puede escribir en función de los índices de refracción en la forma:
o en otros términos:
n1 · sen e1 = n2 · sen e2 = cte
Esto indica que el producto del seno del ángulo e por el índice de refracción del medio correspondiente es una cantidad constante y, por tanto, los valores de n y sen e para un mismo medio son inversamente proporcionales.
Debido a que la función trigonométrica seno es creciente para ángulos menores de 90º, de la última ecuación se deduce que si el índice de refracción ni del primer medio es mayor que el del segundo n2, el ángulo de refracción e2 es mayor que el de incidencia e1 y, por tanto, el rayo refractado se aleja de la normal.
Por el contrario, si el índice de refracción n1 del primer medio es menor que el del segundo n2, el ángulo de refracción e2 es menor que el de incidencia el y el rayo refractado se acerca a la normal.
Estas reglas prácticas que se deducen de la ecuación son de mucha utilidad en la representación de la marcha de los rayos, operación imprescindible en el estudio de cualquier fenómeno óptico desde la perspectiva de la óptica geométrica.
La refringencia de un medio transparente viene medida por su índice de refracción. Los medios más refringentes son aquellos en los que la luz se propaga a menor velocidad; se dice también que tienen una mayor densidad óptica. Por regla general, la refringencia de un medio va ligada a su densidad de materia, pues la luz encontrará más dificultades para propagarse cuanta mayor cantidad de materia haya de atravesar para una misma distancia. Así pues, a mayor densidad, menor velocidad y mayor índice de refracción o grado de refringencia.
-LENTES
Las lentes son objetos transparentes (normalmente de vidrio), limitados por dos superficies, de las que al menos una es curva.
Las lentes más comunes se basan en el distinto grado de refracción que experimentan los rayos de luz al incidir en puntos diferentes de la lente. Entre ellas están las utilizadas para corregir los problemas de visión en gafas , anteojos o lentillas. También se usan lentes, o combinaciones de lentes y espejos, en telescopios y microscopios. El primer telescopio astronómico fue construido por GALILEO-GALILEI usando una lente convergente (lente positiva) como objetivo y otra divergente (lente negativa) como ocular. Existen también instrumentos capaces de hacer converger o divergir otros tipos de ondas electromagnéticas y a los que se les denomina también lentes. Por ejemplo, en los microscopios electrónicos las lentes son de carácter magnético.
En astrofisica es posible observar fenómenos de lentes gravitatorias cuando la luz procedente de objetos muy lejanos pasa cerca de objetos masivos, y se curva en su trayectoria.
–LENTES CONVERGENTES
Son lentes mas gruesas en el centro que en los extremos. Se representan esquemáticamente con una línea
con dos puntas de flecha en los extremos.
–LENTES DIVERGENTES
Son mas delgadas en la parte central que en los extremos.Se representan esquemáticamente por una línea recta acabada en dos puntas de flecha invertidas.
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Se define además la potencia de una lente como la inversa de su distancia focal imagen P=1/f´ y mide la mayor o menor convergencia de los rayos emergentes, a mayor potencia mayor convergencia de los rayos. La unidad de potencia de una lente es la dioptría, que se define como la potencia de una lente cuya distancia focal es de un metro.
Partiendo de la ecuación fundamental del dioptrio y teniendo en cuenta que al pasar un rayo por una lente atraviesa dos dioptrios, suponemos siempre que la lente está en el aire (n = 1) y llamaremos n al índice de refracción del material con el que está construida la lente.
Aplicando dos veces la ecuación del dioptrio y sumando se obtiene la ecuación fundamental de las lentes delgadas:
1/s´ – 1/s = (n-1) ( 1/R1 – 1/R2 )
Donde R1 y R2 son los radios de curvatura del primer y segundo dioptrio.
A partir de esa ecuación se pueden obtener las expresiones para calcular la distancia focal objeto y la distancia focal imagen.
Por ejemplo haciendo s´=f´ y s = infinito se obtiene:
1/f´ = (n-1) ( 1/R1 – 1/R2 )
En la lentes convergentes el foco imagen está a la derecha de la lente, f´ > 0.
En la lentes divergentes el foco imagen está a la izquierda de la lente, f´ < 0.
Se cumple que: f = -f´
La ecuación fundamental de las lentes se puede resumir en la siguiente expresión:
1/s´ – 1/s = 1/f´
A partir de una construcción gráfica es fácil deducir que el aumento lateral se puede calcular del siguiente modo:
ML = y´/y = s´/s
–ANTEOJO DE GALILEO
Problema en el cual los rayos paralelos incidentes al ojo producen dos o más puntos de enfoque. En términos generales, los pacientes con astigmatismo tienen fotofobia (sensibilidad a la luz, les molesta la luz). El 90% de los casos son fácilmente corregibles mediante una lente. Como caso específico, el queratocono (córnea en forma de cono) puede formar muchos puntos de enfoque y dificulta su corrección. Esta es la ametropía más común entre latinos.
La visión normal se presenta cuando la luz es enfocada directamente sobre la retina y no al frente ni detrás de ella. Una persona con visión normal puede ver objetos claramente estando cerca o lejos.
La miopía ocasiona visión borrosa cuando la imagen visual es enfocada al frente de la retina y no directamente sobre ella. Esto se presenta cuando la longitud física del ojo es superior a la longitud óptica. Por esta razón, la miopía a menudo se desarrolla en niños o adolescentes en edad escolar que están creciendo rápidamente y progresa durante los años de crecimiento, requiriendo cambios frecuentes en las gafas y lentes de contacto. Una persona con miopía ve claramente los objetos cercanos, mientras que los objetos distantes los ve borrosos.
La hipermetropía es el resultado de la imagen visual enfocada detrás de la retina y no directamente sobre ella y puede ser causada por el hecho de que el globo ocular es demasiado pequeño o el poder de enfoque es demasiado débil. La hipermetropía a menudo está presente desde el nacimiento, pero los niños con frecuencia pueden tolerar cantidades moderadas sin dificultad y la mayoría superan el problema con el tiempo. Una persona con hipermetropía ve claramente los objetos lejanos, mientras que los objetos cercanos los ve borrosos.
CONTENIDO:
- ELECTROSTATICA
- CONCEPTO DE CARGA ELECTRICA
- INDUCCIÓN ELECTROSTATICA
- FERZA ELECTROSTATICA ( LEY DE COWLOMB)
- DIFERENCIA DE POTENCIAL ELECTRICO
- CAMPO ELECTRICO
- RESISTENCIA ELECTRICA
- INTENSIDAD DE CORRIENTE
- LEY DE OHM
- CIRCUITOS EN SERIE PARALELOS
- MEDICIONES ELECTRICAS
- ELECTRONICA DIGITAL
- ELECTROSTATICA:
La electrostática es la rama de la fisica que estudia los fenómenos producidos por distribuciones de cargas eléctricas, esto es, el campo electrostatico de un cuerpo cargado.
Históricamente, la electrostática fue la rama del electromagnetismo que primero se desarrolló. Con la postulación de la Ley de Coulomb fue descrita y utilizada en experimentos de laboratorio a partir del siglo XVII, y ya en la segunda mitad del siglo XIX las leyes de Maxwellconcluyeron definitivamente su estudio y explicación, y permitieron demostrar cómo las leyes de la electrostática y las leyes que gobiernan los fenomenos magneticos pueden ser estudiadas en el mismo marco teórico denominado electromagnetismo.
- CONCEPTO DE CARGA ELECTRICA:
En fisica, la carga eléctrica es una propiedad intrínseca de algunas particulas subatomicas que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones electromagneticas entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagneticos, siendo a su vez, generadora de ellos. La interacción entre carga y campo eléctrico origina una de las cuatro interacciones fundamentales: la interacción electromagnetica. Desde el punto de vista del modelo estandar la carga eléctrica es una medida de la capacidad de la partícula para intercambiar fotones.
- LEY DE COULOMB:
Charles Agustin de Coulomb desarrolló la balanza de torsion con la que determinó las propiedades de la fuerza electrostática. Este instrumento consiste en una barra que cuelga de una fibra capaz de torcerse. Si la barra gira, la fibra tiende a hacerla regresar a su posición original, con lo que conociendo la fuerza de torsión que la fibra ejerce sobre la barra, se puede determinar la fuerza ejercida en un punto de la barra. La ley de Coulomb también conocida como ley de cargas tiene que ver con las cargas eléctricas de un material, es decir, depende de si sus cargas son negativas o positivas.
Variación de la Fuerza de Coulomb en función de la distancia.
En la barra de la balanza, Coulomb colocó una pequeña esfera cargada y a continuación, a diferentes distancias, posicionó otra esfera también cargada. Luego midió la fuerza entre ellas observando el ángulo que giraba la barra.
Dichas mediciones permitieron determinar que:
- La fuerza de interacción entre dos cargas
y 
duplica su magnitud si alguna de las cargas dobla su valor, la triplica si alguna de las cargas aumenta su valor en un factor de tres, y así sucesivamente. Concluyó entonces que el valor de la fuerza era proporcional al producto de las cargas:
y en consecuencia:
- Si la distancia entre las cargas es
, al duplicarla, la fuerza de interacción disminuye en un factor de 4 (2²); al triplicarla, disminuye en un factor de 9 (3²) y al cuadriplicar , la fuerza entre cargas disminuye en un factor de 16 (4²). En consecuencia, la fuerza de interacción entre dos cargas puntuales, es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia:
Asociando ambas relaciones:
Finalmente, se introduce una constante de proporcionalidad para transformar la relación anterior en una igualdad:
- DIFERENCIA DE POTENCIAL ELECTRICO:
El potencial eléctrico en un punto es el trabajo que debe realizar un campo electrostatico para mover una carga positiva q desde el punto de referencia , dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria q desde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica. Matemáticamente se expresa por:
El potencial eléctrico sólo se puede definir para un campo estático producido por cargas que ocupan una región finita del espacio. Para cargas en movimiento debe recurrirse a los potenciales de Lienart-Wietcher para representar un campo electromagnético que además incorpore el efecto de retardo, ya que las perturbaciones del campo eléctrico no se pueden propagar más rápido que la velocidad de la luz .
- CAMPO ELÉCTRICO:
El campo eléctrico es un campo fisico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica. Matemáticamente se describe como un campo vectorial en el cual una carga electrica puntual de valor q sufre los efectos de una fuerza eléctrica 
dada por la siguiente ecuación:
En los modelos relativistas actuales, el campo eléctrico se incorpora, junto con el campo magnetico, en campo tensorial cuadridimensional, denominado campo electromagnetico
Los campos eléctricos pueden tener su origen tanto en cargas electricas como en campos magneticos variables. Las primeras descripciones de los fenómenos eléctricos, como la ley de Coulomb, sólo tenían en cuenta las cargas eléctricas, pero las investigaciones de Michael Faraday y los estudios posteriores de James Clerk Maxwell permitieron establecer las leyes completas en las que también se tiene en cuenta la variación del campo magnetico.
Esta definición general indica que el campo no es directamente medible, sino que lo que es observable es su efecto sobre alguna carga colocada en su seno. La idea de campo eléctrico fue propuesta por Faraday al demostrar el principio de inducción electromagnetica en el año 1832.
- RESISTENCIA ELECTRICA:
La resistencia eléctrica de un objeto es una medida de su oposición al paso de corriente.
Descubierta por Georg Ohm en 1827, la resistencia eléctrica tiene un parecido conceptual a la fricción en la física mecánica. La unidad de la resistencia en el Sistema Internacional de Unidades es el ohmnio (Ω). Para su medición en la práctica existen diversos métodos, entre los que se encuentra el uso de un ohmimetro. Además, su cantidad recíproca es la conductancia, medida en Siemens.
Para una gran cantidad de materiales y condiciones, la resistencia eléctrica depende de la corriente eléctrica que pasa a través de un objeto y de la tensión en los terminales de este. Esto significa que, dada una temperatura y un material, la resistencia es un valor que se mantendrá constante. Además, de acuerdo con la ley de Ohm la resistencia de un material puede definirse como la razón de la tensión y la corriente, así :
Según sea la magnitud de esta medida, los materiales se pueden clasificar en conductores, aislantes y semiconductor. Existen además ciertos materiales en los que, en determinadas condiciones de temperatura, aparece un fenómeno denominado superconductividad, en el que el valor de la resistencia es prácticamente nulo.
- CORRIENTE ELECTRICA
La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe al movimiento de los electrones en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnetico, lo que se aprovecha en el electroiman.
El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperimetro, colocado en serie con el conductor cuya intensidad se desea medir.
- LEY DE OHM
La corriente continua es un movimiento de electrones. Cuando los electrones circulan por un conductor, encuentran una cierta dificultad al moverse. A esta «dificultad» la llamamos Resistencia eléctrica.
La resistencia eléctrica de un conductor depende de tres factores que quedan recogidos en la ecuación que sigue:
La ley de Ohm relaciona el valor de la resistencia de un conductor con la intensidad de corriente que lo atraviesa y con la diferencia de potencial entre sus extremos. En el gráfico vemos un circuito con una resistencia y una pila. Observamos un amperímetro que nos medirá la intensidad de corriente, I. El voltaje que proporciona la pila V, expresado en voltios, esta intensidad de corriente, medido en amperios, y el valor de la resistencia en ohmios, se relacionan por la ley de Ohm, que aparece en el centro del circuito.
- CIRCUITOS EN SERIE PARALELOS
Un circuito Serie es aquel por el cual circula la misma corriente en cualquier punto. Cada elemento que conectes al circuito, tendrá un voltaje diferente que depende de su impedancia o resistencia.
Un circuito paralelo presenta el mismo nivel de tensión eléctrica en cualquier punto. La corriente en cada elemento dependerá de su impedancia o resistencia).
Haciendo una analogía, imagínate una bomba de agua que alimenta una fuente.
Si la fueramos a conectar en serie, podríamos subir el agua (por ejemplo) 10 metros (esa sería la diferencia de tensión) y bajaría por diferentes cascadas hasta llegar al piso. La corriente de agua es una sola, pero cambia la altura de cada cascada.
Si la conectáramos en paralelo, subimos los 10 metros y repartimos el agua entre diferentes cascadas de 10 metros cada una. En este caso, la cantidad de agua es diferente en cada cascada, dependiendo de la facilidad que tenga para circular por cada una de ellas )
- MEDICIONES ELECTRICAS
Medidores de corriente
Galvanómetros
Los galvanómetros son los instrumentos principales en la detección y medición de la corriente. Se basan en las interacciones entre una corriente eléctrica y un imán. El mecanismo del galvanómetro está diseñado de forma que un imán permanente o un electroimán produce un campo magnético, lo que genera una fuerza cuando hay un flujo de corriente en una bobina cercana al imán. El elemento móvil puede ser el imán o la bobina. La fuerza inclina el elemento móvil en un grado proporcional a la intensidad de la corriente. Este elemento móvil puede contar con un puntero o algún otro dispositivo que permita leer en un dial el grado de inclinación.
El galvanómetro de inclinación de D’Arsonval utiliza un pequeño espejo unido a una bobina móvil y que refleja un haz de luz hacia un dial situado a una distancia aproximada de un metro. Este sistema tiene menos inercia y fricción que el puntero, lo que permite mayor precisión. Este instrumento debe su nombre al biólogo y físico francés Jacques D’Arsonval, que también hizo algunos experimentos con el equivalente mecánico del calor y con la corriente oscilante de alta frecuencia y alto amperaje (corriente D’Arsonval) utilizada en el tratamiento de algunas enfermedades, como la artritis. Este tratamiento, llamado diatermia, consiste en calentar una parte del cuerpo haciendo pasar una corriente de alta frecuencia entre dos electrodos colocados sobre la piel. Cuando se añade al galvanómetro una escala graduada y una calibración adecuada, se obtiene un amperímetro, instrumento que lee la corriente eléctrica en amperios. D’Arsonval es el responsable de la invención del amperímetro de corriente continua.
Sólo puede pasar una cantidad pequeña de corriente por el fino hilo de la bobina de un galvanómetro. Si hay que medir corrientes mayores, se acopla una derivación de baja resistencia a los terminales del medidor. La mayoría de la corriente pasa por la resistencia de la derivación, pero la pequeña cantidad que fluye por el medidor sigue siendo proporcional a la corriente total. Al utilizar esta proporcionalidad el galvanómetro se emplea para medir corrientes de varios cientos de amperios.
Los galvanómetros tienen denominaciones distintas según la magnitud de la corriente que pueden medir.
Microamperímetros
Un microamperímetro está calibrado en millonésimas de amperio y un miliamperímetro en milésimas de amperio.
Los galvanómetros convencionales no pueden utilizarse para medir corrientes alternas, porque las oscilaciones de la corriente producirían una inclinación en las dos direcciones.
Electrodinamómetros
Sin embargo, una variante del galvanómetro, llamado electrodinamómetro, puede utilizarse para medir corrientes alternas mediante una inclinación electromagnética. Este medidor contiene una bobina fija situada en serie con una bobina móvil, que se utiliza en lugar del imán permanente del galvanómetro. Dado que la corriente de la bobina fija y la móvil se invierte en el mismo momento, la inclinación de la bobina móvil tiene lugar siempre en el mismo sentido, produciéndose una medición constante de la corriente. Los medidores de este tipo sirven también para medir corrientes continuas.
Medidores de aleta de hierro
Otro tipo de medidor electromagnético es el medidor de aleta de hierro o de hierro dulce. Este dispositivo utiliza dos aletas de hierro dulce, una fija y otra móvil, colocadas entre los polos de una bobina cilíndrica y larga por la que pasa la corriente que se quiere medir. La corriente induce una fuerza magnética en las dos aletas, provocando la misma inclinación, con independencia de la dirección de la corriente. La cantidad de corriente se determina midiendo el grado de inclinación de la aleta móvil.
Medidores de termopar
Para medir corrientes alternas de alta frecuencia se utilizan medidores que dependen del efecto calorífico de la corriente. En los medidores de termopar se hace pasar la corriente por un hilo fino que calienta la unión de termopar. La electricidad generada por el termopar se mide con un galvanómetro convencional. En los medidores de hilo incandescente la corriente pasa por un hilo fino que se calienta y se estira. El hilo está unido mecánicamente a un puntero móvil que se desplaza por una escala calibrada con valores de corriente.
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