written by
Kyle Forinash and Wolfgang Christian
translator:
Gabriel Spahn
Available Languages: English, Spanish
Waves: An Interactive Tutorial es un conjunto de 33 ejercicios diseñados para enseñar fundamentos de la dinámica de ondas. Comienza con propiedades ondulatorias muy simples y finaliza con un examen del comportamiento no lineal de las ondas no lineales. El énfasis aquí está en las propiedades de las ondas que son difíciles de ilustrar con una figura estática de libros de texto. Las simulaciones no sustituyen el trabajo de laboratorio. Sin embargo que permiten la visualización de procesos que normalmente no pueden ver (por ejemplo, los campos eléctricos y magnéticos). Permiten visualización de procesos que son demasiado rápidos (por ejemplo, ondas) para seguir en tiempo real o demasiado pequeños para visualizar (por ejemplo, la termodinámica en la escala molecular). Permiten la manipulación de procesos que podrían ser peligrosos (colisiones) o difíciles de experimentar (ondas). Asimismo permiten que la repetición sea fácil. Por todas estas razones, las simulaciones son una excelente manera introducir a los estudiantes a la complejidad de fenómenos ondulatorios.
The JavaScript simulations in this tutorial were developed using the Easy Java/JavaScript Simulations (EjsS) version 5 authoring tool. Although EjsS is a Java program, it can create stand alone JavaScript programs that run in almost any PC or tablet.
Introducción al Tutorial Ondas Ondas: Un tutorial interactivo es un conjunto de 33 ejercicios diseñados para enseñar los fundamentos de la dinámica de las ondas. Se inicia con las propiedades más simples y termina con un examen del comportamiento no lineal de las ondas. El énfasis aquí está en las …
Ondas: Un tutorial interactivo es un conjunto de 33 ejercicios diseñados para enseñar los fundamentos de la dinámica de las ondas. Se inicia con las propiedades más simples y termina con un examen del comportamiento no lineal de las ondas. El énfasis aquí está en las propiedades de las ondas que son difíciles de ilustrar en una figura libro de texto estático. Las simulaciones no son un sustituto para el trabajo de laboratorio. Sin embargo que permiten la visualización de los procesos que normalmente no se pueden ver (por ejemplo campos eléctricos y magnéticos). Permiten la visualización del proceso que son demasiado rápido (por ejemplo, olas) para seguir en tiempo real o demasiado pequeño para ver (por ejemplo la termodinámica en la escala molecular). Ellos permiten la manipulación de los procesos que podrían ser peligrosas (colisiones) o difícil de experimentar con (olas). También permiten una fácil repetición. Por todas estas razones, las simulaciones son una excelente manera de introducir a los estudiantes a los complejos fenómenos de ondas.
Onda sinusoidal
Esta simulación muestra una ola perfecta, suave en el océano, lo suficientemente lejos de la costa por lo que no ha empezado a romperse (complicaciones involucradas en la descripción de las ondas reales serán discutidas más adelante en este tutorial). download 247kb .zip
Last Modified: May 28, 2018
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Velocidad de una onda
Hay tres velocidades diferentes implicadas con la descripción de una onda, una de las cuales se introduce en esta simulación. download 266kb .zip
Last Modified: May 28, 2018
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Las ondas transversales Las ondas transversales son el tipo de onda que por lo general se piensa cuando imaginamos una onda. El movimiento del material que constituye la onda es de arriba abajo de modo que a medida que la onda se mueve hacia adelante el material se mueve perpendicular (o …
Las ondas transversales son el tipo de onda que por lo general se piensa cuando imaginamos una onda. El movimiento del material que constituye la onda es de arriba abajo de modo que a medida que la onda se mueve hacia adelante el material se mueve perpendicular (o transversal) a la dirección a la que se mueve la onda
Movimiento armónico simple
Esta simulación del movimiento armónico muestra el movimiento de una masa en un resorte y su gráfico en base al tiempo. download 298kb .zip
Last Modified: May 28, 2018
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Movimiento armónico simple y resonancia
Esta simulación del movimiento armónico simple y la resonancia muestra un oscilador armónico amortiguado accionado. El usuario puede seleccionar diferentes valores para el amortiguado. download 278kb .zip
Last Modified: May 28, 2018
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Ondas longitudinales
Esta simulación muestra las ondas donde el movimiento del material es de ida y vuelta y en la misma dirección que la onda se mueve. Las ondas de sonido (en el aire y en los sólidos) son ejemplos de ondas longitudinales. download 277kb .zip
Last Modified: May 28, 2018
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Ondas de agua
Las ondas de agua, al igual que muchas ondas físicas reales, son combinaciones de tres tipos de movimiento de las ondas: transversal, longitudinal y torsional. download 269kb .zip
Last Modified: May 28, 2018
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Ondas bidimensionales
La simulación de Waves bidimensional muestra una onda plana en dos dimensiones de movimiento en el plano x-y, en la dirección x, y visto desde arriba. En estas simulaciones la amplitud (en la dirección z, hacia usted) se representa en escala de grises. download 281kb .zip
Last Modified: May 29, 2018
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Adición de ondas lineales (superposición)
Ondas lineales tienen la propiedad, llamada superposición, que sus amplitudes se suman linealmente si llegan al mismo punto en el mismo tiempo. Esta simulación muestra la suma de dos funciones de onda u (x, t) = f (x, t) + g (x, t). download 242kb .zip
Last Modified: May 29, 2018
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Interferencia La simulación de interferencia muestra una vista superior de una fuente de hacer olas en la superficie de un tanque de agua (imaginar aprovechar la superficie de un estanque con el extremo de un palo a intervalos regulares). Los círculos blancos que vienen desde el …
La simulación de interferencia muestra una vista superior de una fuente de hacer olas en la superficie de un tanque de agua (imaginar aprovechar la superficie de un estanque con el extremo de un palo a intervalos regulares). Los círculos blancos que vienen desde el punto representa las crestas de las olas con las depresiones en el medio. Dos fuentes se pueden ver al mismo tiempo y la separación entre ellos y la longitud de onda de los dos se pueden ajustar.
Velocidad de grupo
La simulación de velocidad de grupo muestra cómo varias ondas se suman para formar una forma de onda única (llamado el sobre) y cómo podemos cuantificar la velocidad con dos números, la velocidad de grupo de la onda combinada y la velocidad de fase. download 294kb .zip
Last Modified: May 29, 2018
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Otras funciones de onda
La otra onda funciones de simulación explora cómo cualquier función de x y t que tiene estas variables en la forma x - v t será una onda en movimiento con una velocidad v. download 229kb .zip
Last Modified: May 29, 2018
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Análisis de Fourier y Síntesis Análisis de Fourier es el proceso de matemáticamente romper una onda compleja en una suma de de senos y cosenos. la síntesis de Fourier es el proceso de construcción de una forma de onda particular, mediante la adición de senos y cosenos. El análisis de Fourier y la …
Análisis de Fourier es el proceso de matemáticamente romper una onda compleja en una suma de de senos y cosenos. la síntesis de Fourier es el proceso de construcción de una forma de onda particular, mediante la adición de senos y cosenos. El análisis de Fourier y la síntesis se puede hacer para cualquier tipo de onda, y no sólo las ondas de sonido se muestra en esta simulación.
Espejos
La exploración de simulación Espejos de reflexión especular plano de aquí para allá, cóncavas, convexas y las superficies. download 272kb .zip
Last Modified: May 29, 2018
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Las colisiones con los límites
Las colisiones con los límites de simulación muestra cómo la fase de la onda puede ser diferente después de la reflexión, en función de la superficie de la que reflejan. download 269kb .zip
Last Modified: May 29, 2018
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Ondas estacionarias Esta simulación muestra cómo se forma una onda estacionaria a partir de dos ondas idénticas que se mueven en direcciones opuestas. Para las ondas estacionarias en una cadena los extremos son fijos y no son nodos en los extremos de la cadena. Esto limita las …
Esta simulación muestra cómo se forma una onda estacionaria a partir de dos ondas idénticas que se mueven en direcciones opuestas. Para las ondas estacionarias en una cadena los extremos son fijos y no son nodos en los extremos de la cadena. Esto limita las longitudes de onda que son posibles que a su vez determina las frecuencias.
Refracción
Esta simulación muestra cómo una ola que cambia la velocidad a medida que cruza el límite entre dos materiales también cambiar de dirección si cruza la frontera en un ángulo que no sea perpendicular. download 238kb .zip
Last Modified: May 30, 2018
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Lentes
Esta simulación muestra cómo los rayos de luz se empeñan usando la aproximación de lente delgada que asume el espesor de la lente es pequeño en comparación con la curvatura del vidrio. download 258kb .zip
Last Modified: May 30, 2018
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Diferencia de caminos e interferencia
Esta simulación muestra dos ondas idénticas que comienzan en diferentes lugares. Una tercera gráfico muestra la suma de estas dos ondas. download 249kb .zip
Last Modified: May 30, 2018
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Impedancia
Esta simulación representa una cadena como una fila de masas individuales conectados por resortes invisibles. Waves se reflejan en el medio de esta cadena porque la masa de la cadena es diferente a la izquierda en comparación con la derecha. download 257kb .zip
Last Modified: May 30, 2018
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Dispersión de la Luz
Esta simulación muestra la luz visible que pasa a través de un prisma. Puede elegir el color y ver lo que el índice es de esa longitud de onda. download 240kb .zip
Last Modified: May 30, 2018
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La dispersión de componentes de Fourier
Esta simulación se inicia con los cuatro primeros componentes de la serie de Fourier para una onda cuadrada viajar sin dispersión. Cambiar la frecuencia angular de un componente hace que la función de onda inicial para distorsionar debido a la dispersión. download 245kb .zip
Last Modified: May 30, 2018
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Difracción
Esta simulación muestra lo que ocurre a una fuente de luz de onda plana (por debajo de la simulación, no mostrado) a medida que pasa a través de una abertura. La longitud de onda de las olas y el tamaño de la abertura se puede ajustar. download 262kb .zip
Last Modified: May 30, 2018
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Efecto Doppler Este modelos de simulación en el efecto Doppler para el sonido; el círculo negro es la fuente y el círculo rojo es el receptor. Si el origen o el receptor de una onda están en movimiento la longitud de onda aparente y la frecuencia del cambio de onda recibida. Esto …
Este modelos de simulación en el efecto Doppler para el sonido; el círculo negro es la fuente y el círculo rojo es el receptor. Si el origen o el receptor de una onda están en movimiento la longitud de onda aparente y la frecuencia del cambio de onda recibida. Esto es aparente cambio en la frecuencia de una fuente o un observador que se mueve se llama el Efecto Doppler. La velocidad de la onda no se ve afectada por el movimiento de la fuente o receptor y tampoco lo es la amplitud.
Las ondas electromagnéticas de una comisión de aceleración
Esta simulación muestra una carga positiva aceleración y el campo eléctrico alrededor de ella en dos dimensiones. Debido a que la carga es acelerada habrá una perturbación en el campo. La energía transportada por la perturbación proviene de la energía de entrada necesaria para acelerar la carga. download 285kb .zip
Last Modified: May 30, 2018
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Antena Esta simulación muestra el efecto de una onda que viaja en la dirección x en una segunda carga dentro de una antena de recepción. Sólo se muestra la componente y del cambio en el campo eléctrico (por lo que una frecuencia de oscilación de cero aparecerá nada, porque …
Esta simulación muestra el efecto de una onda que viaja en la dirección x en una segunda carga dentro de una antena de recepción. Sólo se muestra la componente y del cambio en el campo eléctrico (por lo que una frecuencia de oscilación de cero aparecerá nada, porque sólo hay un campo eléctrico constante).
Las ondas planas electromagnéticas
Esta simulación muestra una onda electromagnética plana que viaja en la dirección y. Ambos campos eléctricos y magnéticos se muestran en la representación 3D. download 261kb .zip
Last Modified: June 1, 2018
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Polarización Esta simulación muestra el componente del campo eléctrico [s] para una onda que viaja en línea recta hacia el observador en la dirección + y. Una onda polarizada se definió anteriormente a ser una onda electromagnética que tiene su campo eléctrico confinado al cambio …
Esta simulación muestra el componente del campo eléctrico [s] para una onda que viaja en línea recta hacia el observador en la dirección + y. Una onda polarizada se definió anteriormente a ser una onda electromagnética que tiene su campo eléctrico confinado al cambio en una sola dirección. En esta simulación que investigar más a ondas polarizadas.
Ecuación de Onda En esta simulación nos fijamos en la dinámica de las olas; las situaciones físicas y las leyes dan lugar a olas. Comenzamos con una cadena que tiene una onda estacionaria en él y mira las fuerzas que actúan sobre cada extremo de un pequeño segmento de la cadena …
En esta simulación nos fijamos en la dinámica de las olas; las situaciones físicas y las leyes dan lugar a olas. Comenzamos con una cadena que tiene una onda estacionaria en él y mira las fuerzas que actúan sobre cada extremo de un pequeño segmento de la cadena debido a las secciones vecinas. Para fines de visualización de la cadena se muestra como una serie de masas, pero el sistema físico es una cadena continua. Aunque la derivación es para una cadena, resultados similares se producen en muchos otros sistemas. Los extremos de la sección de cuerda que nos interesan son marcados con puntos rojos en la simulación. La tensión que actúa sobre cada extremo se muestra con un vector (en rojo) y sus componentes (verde y azul).
Cadena oscilador En esta simulación examinamos las ondas que se producen en las cadenas de masas con masa M acoplados entre sí con el elástico, las fuerzas de la ley de Hooke (F = - x donde es la constante del resorte yx es la cantidad de los tramos de resorte?). Las masas están …
En esta simulación examinamos las ondas que se producen en las cadenas de masas con masa M acoplados entre sí con el elástico, las fuerzas de la ley de Hooke (F = - x donde es la constante del resorte yx es la cantidad de los tramos de resorte?). Las masas están limitados sólo a moverse hacia arriba y hacia abajo para que el estiramiento depende sólo de la diferencia en los lugares de Y de las masas.
Las ondas no lineales
Esta simulación muestra lo que sucede si las fuerzas que no sean acto tensión en una cuerda. Algunas fuerzas adicionales causan la dispersión que vimos en las simulaciones 22 y 23, pero la fricción, la disipación y la no linealidad puede causar otros comportamientos como veremos aquí. download 236kb .zip
Last Modified: June 1, 2018
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Solitones Esta simulación explora una solución especial de la ecuación de onda no lineal, donde los efectos de la dispersión y disipación (que tienden a hacer un pulso de onda hacia fuera) se compensan exactamente por una fuerza no lineal (que, como hemos visto, tiende a …
Esta simulación explora una solución especial de la ecuación de onda no lineal, donde los efectos de la dispersión y disipación (que tienden a hacer un pulso de onda hacia fuera) se compensan exactamente por una fuerza no lineal (que, como hemos visto, tiende a causar empinamiento de una onda). En este caso puede haber una forma de pulso de onda especial que puede viajar y mantener su forma llamada un solitón.
6-8: 4F/M4. Vibrations in materials set up wavelike disturbances that spread away from the source. Sound and earthquake waves are examples. These and other waves move at different speeds in different materials.
6-8: 4F/M6. Light acts like a wave in many ways. And waves can explain how light behaves.
6-8: 4F/M7. Wave behavior can be described in terms of how fast the disturbance spreads, and in terms of the distance between successive peaks of the disturbance (the wavelength).
9-12: 4F/H5ab. The observed wavelength of a wave depends upon the relative motion of the source and the observer. If either is moving toward the other, the observed wavelength is shorter; if either is moving away, the wavelength is longer.
9-12: 4F/H6ab. Waves can superpose on one another, bend around corners, reflect off surfaces, be absorbed by materials they enter, and change direction when entering a new material. All these effects vary with wavelength.
9-12: 4F/H6c. The energy of waves (like any form of energy) can be changed into other forms of energy.
11. Common Themes
11B. Models
6-8: 11B/M4. Simulations are often useful in modeling events and processes.
Common Core State Standards for Mathematics Alignments
High School — Algebra (9-12)
Creating Equations? (9-12)
A-CED.2 Create equations in two or more variables to represent relationships between quantities; graph equations on coordinate axes with labels and scales.
A-CED.4 Rearrange formulas to highlight a quantity of interest, using the same reasoning as in solving equations.
High School — Functions (9-12)
Interpreting Functions (9-12)
F-IF.4 For a function that models a relationship between two quantities, interpret key features of graphs and tables in terms of the quantities, and sketch graphs showing key features given a verbal description of the relationship.?
F-IF.5 Relate the domain of a function to its graph and, where applicable, to the quantitative relationship it describes.?
F-IF.9 Compare properties of two functions each represented in a different way (algebraically, graphically, numerically in tables, or by verbal descriptions).
Trigonometric Functions (9-12)
F-TF.5 Choose trigonometric functions to model periodic phenomena with specified amplitude, frequency, and midline.?
Common Core State Reading Standards for Literacy in Science and Technical Subjects 6—12
Craft and Structure (6-12)
RST.11-12.4 Determine the meaning of symbols, key terms, and other domain-specific words and phrases as they are used in a specific scientific or technical context relevant to grades 11—12 texts and topics.
Range of Reading and Level of Text Complexity (6-12)
RST.11-12.10 By the end of grade 12, read and comprehend science/technical texts in the grades 11—CCR text complexity band independently and proficiently.
<a href="https://www.compadre.org/portal/items/detail.cfm?ID=14053">Forinash, Kyle, and Wolfgang Christian. Ondas: Tutorial Interactivo. Translated by Gabriel Spahn. July 29, 2016.</a>
Forinash, Kyle, and Wolfgang Christian. Ondas: Tutorial Interactivo. Translated by Gabriel Spahn. July 29, 2016. https://www.compadre.org/books/Ondas (accessed 10 October 2024).
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Author = "Kyle Forinash and Wolfgang Christian",
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