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Ondas armónicas
Teoría
2020 · Ordinaria · Titular
7-a
Examen
a) ¿Qué significa que una onda armónica viajera tenga doble periodicidad? Realice las gráficas necesarias para representar ambas periodicidades.
Doble periodicidadRepresentación gráfica
a) Una onda armónica viajera se caracteriza por su "doble periodicidad" porque su comportamiento es periódico tanto en el espacio como en el tiempo.

Esto significa lo siguiente:1. Periodicidad Temporal: En un punto fijo del espacio (es decir, observando lo que ocurre en una posición xx constante), la perturbación (por ejemplo, el desplazamiento de las partículas del medio) oscila periódicamente con el tiempo. El tiempo que tarda un punto en completar una oscilación completa se denomina periodo temporal, TT, y su inversa es la frecuencia temporal, f=1/Tf = 1/T. La unidad de TT es segundos (s) y la de ff es hercios (Hz).2. Periodicidad Espacial: En un instante de tiempo fijo (es decir, haciendo una "foto" de la onda en un momento tt constante), la perturbación se repite en el espacio. La distancia mínima entre dos puntos consecutivos del medio que se encuentran en el mismo estado de vibración (misma elongación y misma fase de movimiento) se denomina longitud de onda, λ\lambda. Su unidad es el metro (m).La función de onda que describe una onda armónica viajera suele expresarse como:

y(x,t)=Acos(kxωt+ϕ)y(x,t) = A \cos(kx - \omega t + \phi)

Donde AA es la amplitud, kk es el número de onda (k=2π/λk = 2\pi/\lambda), ω\omega es la frecuencia angular (ω=2π/T=2πf\omega = 2\pi/T = 2\pi f), y ϕ\phi es la fase inicial.La velocidad de propagación de la onda, vv, relaciona ambas periodicidades:

v=λT=λfv = \frac{\lambda}{T} = \lambda f

### Representación gráfica de ambas periodicidades:1. Gráfica de la periodicidad espacial: Muestra el desplazamiento yy en función de la posición xx para un instante de tiempo fijo (t=t0=constantet = t_0 = \text{constante}). Esta gráfica es una instantánea de la onda en un momento dado.

y(x,t0)=Acos(kxωt0+ϕ)y(x, t_0) = A \cos(kx - \omega t_0 + \phi)

La distancia entre dos crestas o dos valles consecutivos es la longitud de onda λ\lambda.```mermaid graph TD A[Desplazamiento Y] --> B[Gráfica de onda sinusoidal] B --> C{Eje horizontal: Posición X} B --> D{Valor constante: Tiempo t_0} E[Periodo espacial: Longitud de onda λ] --> B ``` (Descripción de la gráfica: Un eje horizontal representa la posición (xx) y un eje vertical representa el desplazamiento (yy). La gráfica muestra una función sinusoidal que varía con xx. La distancia horizontal entre dos picos consecutivos (o cualquier punto en fase) es la longitud de onda λ\lambda.)2. Gráfica de la periodicidad temporal: Muestra el desplazamiento yy en función del tiempo tt para una posición fija (x=x0=constantex = x_0 = \text{constante}). Esta gráfica representa cómo oscila un punto específico del medio a lo largo del tiempo.

y(x0,t)=Acos(kx0ωt+ϕ)y(x_0, t) = A \cos(kx_0 - \omega t + \phi)

El tiempo entre dos crestas o dos valles consecutivos es el periodo temporal TT.```mermaid graph TD A[Desplazamiento Y] --> B[Gráfica de onda sinusoidal] B --> C{Eje horizontal: Tiempo t} B --> D{Valor constante: Posición x_0} E[Periodo temporal: Periodo T] --> B ``` (Descripción de la gráfica: Un eje horizontal representa el tiempo (tt) y un eje vertical representa el desplazamiento (yy). La gráfica muestra una función sinusoidal que varía con tt. El tiempo horizontal entre dos picos consecutivos (o cualquier punto en fase) es el periodo TT.)