C.2 · Modelo ondulatorio

Esta hoja didáctica cubre temas seleccionados de HL para el curso cuya primera evaluación fue en 2025; no constituye todo el programa.

Requisitos previos: leer las cantidades y unidades indicadas, y aplicar aritmética y las condiciones del modelo siguientes.

Los ejemplos son originales y ficticios: no son mediciones reales ni investigaciones estudiantiles reales.

¿Qué explicaría esta observación?

• Una ola puede transportar energía a través del agua mientras que una marca flotante principalmente oscila. La transferencia de energía y el transporte masivo de materia son diferentes.

Construya el modelo

• Frecuencia es oscilaciones por unidad de tiempo; longitud de onda es la distancia entre puntos sucesivos en fase.
• La velocidad de la onda es igual a la frecuencia multiplicada por la longitud de onda.
• Las oscilaciones transversales son perpendiculares a la propagación.
• Longitud de onda: Distancia entre puntos sucesivos en fase.
• Frecuencia: Número de oscilaciones por unidad de tiempo.

Elija evidencias que puedan probarlo

• En una frontera, la frecuencia permanece fija determinada por la fuente.
• Un cambio de velocidad provoca un cambio en la longitud de onda.
• La refracción se deriva de las diferencias de velocidad; los ángulos se miden respecto a la normal.

En el laboratorio: Mida varias longitudes de onda y divida para reducir la incertidumbre relativa de lectura. Utilice una caja de rayos con una normal trazada en la frontera. Mantenga el haz alejado de los ojos y registre claramente los ángulos de incidencia y refracción.

Trabaje desde cantidades conocidas

• Conocido: frecuencia 5 Hz y longitud de onda 0.40 m.
• Use v = fλ. v = 5×0.40 = 2.0 metros por segundo.
• Si la velocidad disminuye a 1.5 metros por segundo manteniendo la misma frecuencia, la longitud de onda = v/f = 1.5/5 = 0.30 m.

Tu turno: La frecuencia es 8 Hz y la longitud de onda es 0.25 m. Calcula la velocidad de la onda.

Verifique la conclusión y sus límites

• La frecuencia de una onda no cambia simplemente porque el medio cambie.
• Una onda longitudinal tiene oscilaciones paralelas a la dirección de propagación.

No es cierto: La frecuencia de la onda siempre cambia cuando entra en un nuevo medio. La frecuencia está determinada por la fuente, por lo que permanece constante al cruzar una frontera. Lo que cambia es la velocidad, y por consiguiente la longitud de onda según v = f × longitud de onda.

Clave:

• La frecuencia son oscilaciones por unidad de tiempo; la longitud de onda es la distancia entre puntos sucesivos en fase.
• En una frontera, la frecuencia permanece fija determinada por la fuente.
• Presta atención: la frecuencia de la onda no cambia simplemente porque el medio cambie.

Calcule a partir de una velocidad de onda de 7.2 metros por segundo

• La frecuencia es 9 Hz y la longitud de onda es 0.80 m.
• Calcule la velocidad de la onda. Si la velocidad se vuelve 5.4 metros por segundo en una frontera, calcule la nueva longitud de onda. La frecuencia permanece igual.

Verificar con la ley de Snell

• La luz pasa del aire al vidrio (n = 1.5) a 30° respecto a la normal.
• sin θvidrio = sin 30° ÷ 1.5 = 0.333, así que θvidrio ≈ 19.5° — hacia la normal en el medio más lento, como debe ser.

Verificar con el ángulo crítico

• La luz viaja desde el vidrio (n = 1.5) hacia el aire.
• sin θc = 1 ÷ 1.5 = 0.667, por lo que θc ≈ 41.8° — más allá de este ángulo, reflexión interna total: la condición de la fibra óptica.