Tema 2. Oscilaciones y ondas

¿Por qué un desfile debe  interrumpir su marcha al paso por un puente? ¿Cuál puede ser el efecto de la resonancia en obras civiles? Los movimientos oscilatorios (o vibratorios) y ondulatorios son una parte importante de los fundamentos físicos de la ingeniería civil que, además, da respuesta a las cuestiones planteadas.

El bloque comenzará con la definición del movimiento oscilatorio y, a continuación, se estudiará el movimiento armónico simple (MAS) por ser una aproximación que describe muchas oscilaciones que se presentan en la naturaleza. Por otra parte, el MAS es el más sencillo para estudiar y las expresiones matemáticas que lo representan también son sencillas. En primer lugar, se estudia la cinemática del MAS y se introducen los conceptos de elongación, velocidad y aceleración de un móvil que realiza un MAS y la ecuación que describe dicho movimiento. Además, se relaciona el MAS con el movimiento circular uniforme. A continuación, se analizará la dinámica del MAS y las fuerzas recuperadoras elásticas como generadoras del MAS. A partir de la ley de Hooke se obtiene la ecuación diferencial que describe el MAS. Toda magnitud física que verifique ésta se comportará como un MAS. A partir de aquí se obtienen las energías cinética y potencial de un MAS, demostrándose que la energía mecánica en un MAS es constante.

Para acabar el apartado del movimiento oscilatorio, se analizarán la superposición de MAS, y los movimientos oscilatorios amortiguados y forzados, además del fenómeno de la resonancia. Aquí resaltaremos la importancia de la resonancia para evitar accidentes de diferente transcendencia y reconocer sus aplicaciones en diferentes ámbitos de la sociedad.

De acuerdo a lo que nos marca la guía de la asignatura, el alumnado deberá conseguir el aprendizaje de esta primera sesión a través de 3 horas de docencia presencial (en las que el profesorado desarrollará las diferentes metodologías para lograrlo) y 4,5 de trabajo individual del alumnado (con el apoyo de las tutorías tanto presenciales como virtuales).

La segunda parte del bloque sigue analizando el movimiento oscilatorio mediante el estudio de las ondas periódicas, especialmente las ondas armónicas. El movimiento ondulatorio está presente en casi todas las ramas de la física y  a nosotros nos servirá para analizar las ondas sonoras e introducir el impacto del ruido en proyectos de ingeniería civil. Todos reconocemos las ondas mecánicas generadas a partir de una perturbación en un medio, como el aire o el agua, pero las ondas electromagnéticas pueden propagarse sin necesidad de que haya un medio material por el cual se propague la onda. Se iniciará con la definición de onda haciendo énfasis en que no se transporta materia sino energía y momento lineal. Se analizarán las ondas según la dirección de la perturbación distinguiendo entre ondas longitudinales y transversales. A partir de las características de las ondas se establecerá su expresión matemática, una ecuación diferencial, que recibe el nombre de ecuación de onda, y cuya solución general es precisamente la función de onda.

Seguidamente se estudia el caso particular de las ondas armónicas y sus propiedades, así como las ondas en dos y tres dimensiones. También se analiza la energía del movimiento ondulatorio, la interferencia de ondas armónicas y las ondas estacionarias.

De acuerdo a lo que nos marca la guía de la asignatura, el alumnado deberá conseguir el aprendizaje de esta segunda sesión a través de 4 horas de docencia presencial (en las que el profesorado desarrollará las diferentes metodologías para lograrlo) y 6 de trabajo individual del alumnado (con el apoyo de las tutorías tanto presenciales como virtuales).

Se finalizará el bloque con el estudio de las ondas sonoras definiendo el sonido y analizando su propagación. Se obtendrá la velocidad del sonido en función del medio de propagación, así como las características del sonido de intensidad, potencia y presión acústica. Por último, se analizará lo que sucede cuando un emisor y/o receptor se encuentran en movimiento uno respecto al otro, fenómeno que se conoce con el nombre de efecto Doppler.

De acuerdo a lo que nos marca la guía de la asignatura, el alumnado deberá conseguir el aprendizaje de esta tercera sesión a través de 2 horas de docencia presencial (en las que el profesorado desarrollará las diferentes metodologías para lograrlo) y 3 de trabajo individual del alumnado (con el apoyo de las tutorías tanto presenciales como virtuales).

Bibliografía

  1. Douglas C. Giancoli, Física. Principios con aplicaciones, Prentice-Hall Hispano Americana, S. A., 1998 (4ª edición, capítulos 11-12) (English version on the web site)
  2. Paul A. Tipler & G. Mosca, Física para la ciencia y la tecnología (2 tomos), Editorial Reverté, 2010 (6ª edición, capítulos 14-16) (versió en català)
  3. R. A. Serway & J. W. Jewett, Physics for scientists and engineers with modern physics, BROOKS/COLE CENGAGE Learning, 2010 (8ª edición, capítulos 12-14)
  4. W. E. Gettys, F. J. Keller & M. J. Skove, Física clásica y moderna, Editorial McGraw-Hill Interamericana de España, 1991 (1º edición, capítulos 14, 32 y 33)
  5. S. Burbano, E. Burbano y C. Gracia, Problemas de física, Editorial Tébar, 2004
  6. F. A. González, La física en problemas, Editorial Tébar, 2000

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