CIRCUITO R-C

CIRCUITO R-C

Un circuito RC es un circuito compuesto de resistores y condensadores alimentados por una fuente eléctrica. Un circuito RC de primer orden está compuesto de un resistor y un condensador y es la forma más simple de un circuito RC. Los circuitos RC pueden usarse para filtrar una señal, al bloquear ciertas frecuencias y dejar pasar otras. Los filtros RC más comunes son el filtro paso alto, filtro paso bajo, filtro paso banda, y el filtro elimina banda. Entre las características de los circuitos RC está la propiedad de ser sistemas lineales e invariantes en el tiempo; reciben el nombre de filtros debido a que son capaces de filtrar señales eléctricas de acuerdo a su frecuencia.

En la configuración de paso bajo el condensador está en serie a la señal de salida del circuito primero la resistencia, después el condensador; mientras que en la configuración de paso alto el condensador cambia lugar con la resistencia.

Este mismo circuito tiene además una utilidad de regulación de tensión, y en tal caso se encuentran configuraciones en paralelo de ambos, la resistencia y el condensador, o alternativamente, como limitador de subidas y bajas bruscas de tensión con una configuración de ambos componentes en serie. Un ejemplo de esto es el circuito Snubber.

                             

Los circuitos RC tienen una función inmediata de temporizadores, aprovechando su constante de tiempo con dimensiones de segundos. Pero, por otra parte, su uso fundamental es como filtros: bien paso alto, que corta las frecuencias bajas; bien paso bajo, que corta las frecuencias altas, lo cual depende de la posición de montaje del condensador.

Existe una frecuencia específica, la llamada frecuencia de corte, en la cual la reactancia capacitiva es igual a la resistencia. (También ocurre un desfase asociado de 45 grados, obvio al ver losfasores.)

Sustituyendo  encontramos que:

La frecuencia de corte, definida como la frecuencia a la que la potencia de la señal se atenúa al 30% (o 3.01 dB), es una función de los valores de resistencia y capacidad. Podemos operar en la fórmula anterior para resolver  de la siguiente forma:

CORRIENTE ALTERNA, MALLAS Y NODOS

La corriente alterna.

Llamamos corriente alterna a la corriente que cambia constantemente de polaridad, es decir, es la corriente que alcanza un valor pico en su polaridad positiva, después desciende a cero y, por último, alcanza otro valor pico en su polaridad negativa o, viceversa, es decir, primero alcanza el valor pico en su polaridad negativa y luego en su polaridad positiva.

La polaridad es importante, porque es cierto que puede tener una señal senoidal, pero una señal senoidal puede ser tanto de corriente alterna como de corriente continua. Así que es importante tener claro que la corriente alterna cambia de polaridad, independientemente de la forma o apariencia que tenga su señal en un osciloscopio.

Una manera simple de generar corriente alterna, es con el uso de un alternador elemental como el de la figura:

                                   

En el dibujo se puede observar, como la espira corta las líneas de fuerza del campo magnético y genera una tensión que es recogida por los dos colectores (Aros/bolas verdes) para que después las escobillas puedan transmitir esa tensión. El dibujo, aunque simple, demuestra de que manera funcionan los alternadores más sencillos.
Ahora bien, en la actualidad y con el fin de eliminar los dos colectores, se construyen los alternadores de diferente manera. La parte móvil no es la bobina, la parte móvil es el rotor o también llamado la parte polar del alternador.

                                      

Efectivamente, en el dibujo observamos como las bobinas se encuentran ancladas en el estartor, lo cual las convierte en una parte fija. Y el rotor polarizado es la parte móvil.

Las ventajas del uso de la corriente alterna.

Principalmente existen dos ventajas muy significativas y están relacionadas entre si. Una de ellas es su transporte o distribución, ya hemos tratado este tema en otras páginas. Aquí solamente diremos que su transporte o distribución en líneas trifásicas lo hacen más económico y seguro que si fuera corriente continua.
La otra ventaja es su transformación. La corriente alterna se puede transformar y variar con un transformador, en cambio la corriente continua no se puede transformar con un transformador. Es cierto que se puede reducir la corriente continua, pero no se puede aumentar.
Existe otra ventaja del uso de la corriente alterna. Las máquinas eléctricas como los motores están mejor diseñados para el uso de la corriente alterna que para la corriente continua. De hecho, los motores de corriente alterna son más sencillos de fabricar y más robustos que los motores de corriente continua.

La diferencia de la corriente alterna con la corriente continua, es que la corriente continua circula sólo en un sentido.

La corriente alterna (como su nombre lo indica) circula por durante un tiempo en un sentido y después en sentido opuesto, volviéndose a repetir el mismo proceso en forma constante.

Este tipo de corriente es la que nos llega a nuestras casas y la usamos para alimentar la TV, el equipo de sonido, la lavadora, la refrigeradora, etc.

                                       

MALLAS Y NODOS

Definiciones

Nodo: Punto de un circuito en el que se unen tres o más conductores. 
Rama: Parte del circuito unida por dos nodos.
Malla: Recorrido cerrado dentro de un circuito.

LEYES DE KIRCHHOFF

Ley de nodos

La suma algebraica de las corrientes en un nodo es igual a cero.



I1 – I2 – I3 = 0

Ley de mallas

La suma de todas las caídas de tensión en un malla es igual a la suma de todas las tensiones aplicada




VAB = V1 + V2 + V3

¿QUÉ ES LA LUZ?

LA LUZ

La luz es una forma de energía capaz de provocar cambios en los cuerpos. Así, por ejemplo, nuestra piel y la de muchos animales cambia de color cuando se expone a la luz solar. También es una importante fuente de energía para las plantas, que la utilizan para fabricarse el alimento.

Luz: una forma de energía.

Gracias a ella podemos ver todo aquello que hay a nuestro alrededor. Hay cuerpos que producen y emiten su propia luz. Estos cuerpos reciben el nombre de fuentes luminosas. Hay fuentes luminosas naturales, que producen luz propia y se encuentran en la naturaleza, como el Sol, el fuego y algunos insectos como las luciérnagas, y fuentes luminosas artificiales,fabricadas por las personas, como la bombilla (ampolleta), las velas, las cerillas (fósforos) y los tubos fluorescentes.

Durante el día la luz del Sol nos ilumina, los rayos de luz que nos llegan del Sol son una forma más en que se manifiesta la energía, la cual puede ser utilizada por el hombre para su provecho. De noche, sin embargo, necesitamos otras fuentes de luz, por eso conectamos bombillas (ampolletas), usamos una linterna o encendemos una luz para poder ver.

Propagación de la luz

La luz emitida por una fuente luminosa es capaz de llegar a otros objetos e iluminarlos. Este recorrido de la luz, desde la fuente luminosa hasta los objetos, se denomina rayo luminoso.

El sol: fuente de luz y energía.

Las características de la propagación de la luz son:

• La luz se propaga en línea recta. Por eso la luz deja de verse cuando se interpone un cuerpo entre el recorrido de la luz y la fuente luminosa.

• La luz se propaga en todas las direcciones. Esa es la razón por la cual el Sol ilumina todos los planetas del sistema solar.

• La luz se propaga a gran velocidad.

Si encendemos una bombilla (ampolleta) en una habitación, inmediatamente llega la luz a cualquier rincón de la misma. Es decir, la luz se propaga en todas direcciones. A no ser que encuentren obstáculos en su camino, los rayos de luz van a todas partes y siempre en línea recta.

Además, en el mismo momento de encender la ampolleta vemos la luz. Esto ocurre porque la luz viaja desde la ampolleta hasta nosotros muy rápido. La luz se propaga en el aire a una gran velocidad. En un segundo recorre trescientos mil (300.000) kilómetros. Sin embargo, la velocidad de la luz no es la misma en todos los medios. Si viaja a través del agua, o de un cristal, lo hace más lentamente que por el aire.

Propiedades de la luz

Algunas propiedades de la luz, como el color, la intensidad, dependen del tipo de fuente luminosa que las emita. No obstante, existen otras propiedades, como la reflexión y la refracción, que son comunes a todos los tipos de luz.

La reflexión: la luz cambia de dirección

Se propaga a gran velocidad y en todas direcciones.

Al situarnos ante un espejo, en una habitación iluminada, vemos nuestra imagen en él; es decir, nos vemos reflejados en el espejo. ¿A qué se debe esto? Los rayos de luz que entran por la ventana nos iluminan y llegan hasta el espejo. Al chocar con él cambian de dirección y vuelven hacia nosotros. Esto nos permite ver lo que iluminaban a su paso, es decir, nos vemos a nosotros mismos.

De la misma manera que una pelota choca contra una pared, rebota y cambia de dirección, los rayos luminosos, al chocar con una superficie como la del espejo, vuelven en una dirección distinta de la que llevaban. Este fenómeno se llama reflexión.

La reflexión de la luz es un cambio de dirección que experimenta la luz cuando choca contra un cuerpo.

La reflexión de la luz hace posible que veamos los objetos que no tienen luz propia.

Los espejos son cuerpos opacos, con una superficie lisa y pulida, capaces de reflejar la luz que reciben.

Hay dos tipos de espejos:

• Espejos planos, que producen imágenes de la misma forma y tamaño que el objeto que reflejan.

• Espejos esféricos, que producen imágenes de diferente tamaño al del objeto que reflejan.

Hay dos tipos de espejos esféricos:

Espejos cóncavos, como la parte interna de una cuchara. Si nos miramos en él, veremos nuestra imagen pequeña y hacia abajo, pero al aproximarnos mucho, la imagen aparece ampliada y hacia arriba. Por ejemplo, los espejos de maquillaje son cóncavos, porque permiten ver ampliados los detalles de la cara.

Espejos convexos, como la parte externa de una cuchara. Producen imágenes más pequeñas que el objeto que reflejan, y siempre hacia arriba. Los retrovisores de los coches son espejos convexos y nos ayudan a ver más carretera.

Refracción de la luz.

La refracción: la luz cambia de velocidad

La luz no se propaga del mismo modo en el aire que en otro medio. Al cambiar de medio, la luz cambia de dirección y de velocidad. Este fenómeno se llama refracción. Por eso decimos que la luz se ha refractado.

La refracción de la luz es el cambio de dirección que sufre la luz cuando pasa de un medio a otro diferente, por ejemplo cuando pasa del aire al agua.

La refracción de la luz sirve para ver los objetos con una dimensión diferente de la real. Ello se consigue con el uso de las lentes.

Las lentes son cuerpos transparentes que refractan la luz, y pueden ser:

Convergentes o Divergentes

Estos efectos de la refracción de la luz se utilizan en algunos aparatos, como la lupa y el microscopio, que nos permiten ver los objetos aumentados. Los rayos luminosos se refractan en unos cristales especiales, de que están provistos estos aparatos, y de este modo podemos ver los objetos a un tamaño mucho mayor del que tiene en realidad.

La luz y los colores

La luz que recibimos del Sol se llama luz blanca. La luz blanca es una mezcla de siete colores: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta. Cuando la luz blanca atraviesa un prisma de cristal podemos ver estos siete colores. También podemos verlos en el arco iris.

Hay tres colores, amarillo, azul y rojo, con los que podemos conseguir todos los demás, por eso se llaman colores primarios.

Cuando llueve y a la vez hace sol, aparece en el cielo el arco iris, una banda de colores en forma de arco. La luz del Sol es blanca, pero cuando esta luz atraviesa las pequeñas gotas de agua de lluvia, se descompone en los siete colores anteriormente citados.

¿Cuál es el color de la luz?

Naturaleza de la luz

El hombre siempre se ha preguntado qué es la luz. En el intento de responder esta cuestión ha desarrollado diferentes teorías, que se han ido elaborando para interpretar la naturaleza de la luz, hasta llegar al conocimiento actual.

Para explicar la naturaleza de la luz, los filósofos de la antigua Grecia propusieron algunas teorías en las que ésta se confundía con el fenómeno de la visión.

Según decían los pitagóricos, la luz procedía de los objetos que se veían y que al llegar al ojo producía el efecto de la visión. En cambio, Euclides y los platónicos sostenían que la sensación visual se produce cuando los "haces oculares" enviados desde los ojos chocan con los objetos y permite verlos. Podría resumirse la idea de los platónicos acerca de la visión diciendo: “Ojos que no ven, luz que no existe”.

De esta manera, los griegos se abocaron a la solución de estos problemas sin encontrar respuestas adecuadas.

Siguiendo el curso de la historia, los científicos han propuesto diversas teorías para explicar la naturaleza de la luz, siendo tres las más importantes. Éstas son:

-  Teoría propuesta por Isaac Newton (corpúsculos)

 -  Teoría propuesta por Huygens (ondas)

 -  Teoría de los Fotones

EFECTO DOPPLER

EL EFECTO DOPPLER:

El efecto Doppler es así conocido por Christian Doppler, al que primero se le ocurrió la idea en 1842. El determinó que las ondas de sonido tendrían una frecuencia más alta si la fuente del sonido se movía en dirección al receptor y una frecuencia más baja si la fuente del sonido se alejaba del receptor.

Un ejemplo típico de esto es el tren. Cuando un tren se acerca, el sonido del silbato tiene un tono más alto que lo normal. Puede oír como el tono cambia mientras el tren pasa. Lo mismo ocurre con las sirenas de los autos de policía y con los motores de autos de carrera.

Una manera de visualizar el efecto Doppler es pensar en las ondas como pulsaciones que se emiten a intervalos regulares. Imagina que caminas hacia adelante. Cada vez que das un paso, emites una pulsación. Cada pulsación frente a tí estará un paso más cercano, mientras que cada pulsación detrás tuyo, estará un paso más alejada. un paso que te aleja. Las pulsaciones frente a tí son de mayor frecuencia y las pulsaciones detrás tuyo tienen menor frecuencia.

El efecto Doppler no sólo se aplica a los sonidos. Funciona con todo tipo de ondas. Esto incluye la luz. Edwin Hubble usó el efecto Doppler para determinar que el universo se está expandiendo. Hubble encontró que la luz de galaxias distantes está corrida hacia frecuencias más elevadas, hacia el rojo final del espectro. A esto se le conoce como el desplazamiento Doppler, o cómo desplazamiento al rojo. Si las galaxias se estuviesen acercando, la luz se desplazara al azul.

Los radares Doppler ayudan a los meteorólogos a detectar posibles tornados.

La sirena de la ambulancia y el bicho en el estanque

Todos hemos notado que la altura (una de las características de un sonido) de la sirena de una ambulancia que se aproxima se reduce bruscamente cuando la ambulancia pasa al lado nuestro para alejarse. Esto es lo que se llama "Efecto Doppler". El fenómeno fue descripto por primera vez por el matemático y físico austríaco Christian Doppler (1803-1853). El cambio de altura se llama en Física "desplazamiento de la frecuencia" de las ondas sonoras. Cuando la ambulancia se acerca, las ondas provenientes de la sirena se comprimen, es decir, el tamaño de las ondas disminuye, lo cual se traduce en la percepción de una frecuencia o altura mayor. Cuando la ambulancia se aleja, las ondas se separan en relación con el observador causando que la frecuencia observada sea menor que la de la fuente. (El efecto se puede ver más claramente en un applet de Walter Fendt.) Por el cambio en la altura de la sirena, se puede saber si la misma se está alejando o acercando. Si se pudiera medir la velocidad de cambio de la altura, se podría también estimar la velocidad de la ambulancia.

Una fuente emisora de ondas sonoras que se aproxima, se acerca al observador durante el período de la onda. Y, dado la longitud de la onda se acorta y la velocidad de propagación de la onda permanece sin cambios, el sonido se percibe más alto. Por esta misma razón, la altura de una fuente que se aleja, se reduce. 

El Efecto Doppler se observa en ondas de todo tipo (ondas sonoras, ondas electromagnéticas, etc.). Consideremos el caso de las ondas en la superficie del agua: supongamos que en el centro deun estanque hay un bicho moviendo sus patas periódicamente. Si las ondas se originan en un punto, se moverán desde ese punto en todas direcciones. Como cada perturbación viaja por el mismo medio, todas las ondas viajarán a la misma velocidad y el patrón producido por el movimiento del bicho sería un conjunto de círculos concéntricos como se muestra en la figura. Estos círculos alcanzarán los bordes del estanque a la misma velocidad. Un observador en el punto A (a la izquierda) observaría la llegada de las perturbaciones con la misma frecuencia que otro B (a la derecha). De hecho, la frecuencia a la cual las perturbaciones llegarían al borde sería la misma que la frecuencia a la cual el bicho las produce. Si el bicho produjera, por ejemplo, 2 perturbaciones por segundo, entonces cada observador detectaría 2 perturbaciones por segundo.

Ahora supongamos que el bicho estuviera moviéndose hacia la derecha a lo largo del estanque produciendo también 2 perturbaciones por segundo. Dado que el bicho se desplaza hacia laderecha, cada perturbación se origina en una posición más cercana a B y más lejana a A. En consecuencia, cada perturbación deberá recorrer una distancia menor para llegar a B y tardará menos en hacerlo. Por lo tanto, el observador B registrará una frecuencia de llegada de las perturbaciones mayor que la frecuencia a la cual son producidas. Por otro lado, cada perturbación deberá recorrer una distancia mayor para alcanzar el punto A. Por esta razón, el observador A registrará una frecuencia menor. El efecto neto del movimiento del bicho (fuente de las ondas) es que el observador hacia el cual se dirige observe una frecuencia mayor que 2 por segundo y el observador del cual se aleja perciba una frecuencia menor que 2 por segundo.

El Efecto Doppler se observa siempre que la fuente de ondas se mueve con respecto al observador. Es el efecto producido por una fuente de ondas móvil por el cual hay un aparente desplazamiento de la frecuencia hacia arriba para los observadores hacia los cuales se dirige la fuente y un aparente desplazamiento hacia abajo de la frecuencia para los observadores de los cuales la fuente se aleja. Es importante notar que el efecto no se debe a un cambio real de la frecuencia de la fuente. En el ejemplo anterior, el bicho produce en los dos casos 2 perturbaciones por segundo; sólo aparentemente para el observador al cual el bicho se acerca parece mayor.El efecto se debe a que la distancia entre B y el bicho se reduce y la distancia a A aumenta.

SONIDO

EL SONIDO:

El sonido es una sensación, en el órgano del oído, producida por el movimiento ondulatorio en un medio elástico (normalmente el aire), debido a rapidísimos cambios de presión, generados por el movimiento vibratorio de un cuerpo sonoro.

La función del medio transmisor es fundamental, ya que el sonido no se propaga en el vacío. Por ello, para que exista el sonido, es necesaria una fuente de vibración mecánica y también un medio elástico (sólido, líquido o gaseoso) a través del cual se propague la perturbación. El aire es el medio transmisor más común del sonido. La velocidad de propagación del sonido en el aire es de aproximadamente 343 metros por segundo a una temperatura de 20 ºC (293 Kelvin).

Cuando un objeto (emisor) vibra, hace vibrar también al aire que se encuentra alrededor de él. Esa vibración se transmite a la distancia y hace vibrar (por resonancia) una membrana que hay en el interior del oído, el tímpano, que codifica (convierte) esa vibración en información eléctrica. Esta información se trasmite al cerebro por medio de las neuronas. El cerebro decodifica esa información y la convierte en una sensación. A esa sensación se le denomina

 "sonido".

MAGNITUDES FÍSICAS DEL SONIDO:

Como todo movimiento ondulatorio, el sonido puede representarse por una curva ondulante, como por ejemplo una sinusoide y se pueden aplicar las mismas magnitudes unidades de medida que a cualquier Onda mecánica.

A saber:

• Longitud de onda: indica el tamaño de una onda. Entendiendo por tamaño de la onda, la distancia entre el principio y el final de una onda completa (ciclo).
• Frecuencia: número de ciclos (ondas completas) que se producen unidad de tiempo. En el caso del sonido la unidad de tiempo es el segundo y la frecuencia se mide en Hercios (ciclos/s).
• Periodo: es el tiempo que tarda cada ciclo en repetirse.
• Amplitud: indica la cantidad de energía que contiene una señal sonora. No hay que confundir amplitud con volumen o potencia acústica.
• Fase: la fase de una onda expresa su posición relativa con respecto a otra onda.
• Potencia: La potencia acústica es la cantidad de energía radiada en forma de ondas por unidad de tiempo por una fuente determinada. La potencia acústica depende de la amplitud.

CUALIDADES DEL SONIDO

Desde el punto de vista de la percepción del sonido por el ser humano los sonidos se caracterizan por su intensidad, tono y timbre.

Intensidad

La intensidad o el volumen es la cualidad que nos permite clasificar los sonidos en fuertes o débiles y esta relacionada directamente con la magnitud física “Intensidad de la onda” que es la cantidad de energía que transporta la onda por unidad de superficie y unidad de tiempo.

Tono

El tono es una cualidad del sonido que nos permite clasificar los sonidos en altos y graves y esta relacionada directamente con la magnitud física “frecuencia”.Los sonidos graves son los de frecuencia baja y los sonidos altos son los de gran frecuencia.

Timbre

El timbre nos permite distinguir dos sonidos de la misma intensidad y la misma frecuencia. Por ejemplo nos permite distinguir el sonido de una trompeta y un violín aunque emitan la misma nota con la misma intensidad.

En general, los sonidos no son de una sola frecuencia, los sonidos suelen tener una onda principal que va acompañada de otras ondas de menor amplitud llamadas armónicos cuya frecuencia es múltiplo de la onda principal; la suma de esas ondas da lugar a una onda que tiene una forma determinada. El timbre está relacionado con la forma de la onda.

A continuación puedes ver dos representaciones de ondas de la misma frecuencia principal pero que se diferencian por su forma, es decir se diferencian en los armónicos y por ello si los escucháramos podríamos distinguir los dos sonidos, pues tienen distinto timbre.

      

  

Sugerencia: Vuelve al enlace a Internet  “Ondas sonoras” y práctica escuchando los sonidos de distintas frecuencias, los sonidos de la misma frecuencia principal pero con diferentes armónicos y la composición de varios sonidos, esto te ayudará a comprender mejor las cualidades tono y timbre.

onda transversal y longitudinal

Tipos de ondas.

Es posible distinguir diferentes tipos de ondas atendiendo a criterios distintos. 

En  una primera clasificación de las ondas en mecánicas y electromagnéticas. Algunas clases de ondas precisan para propagarse de la existencia de un medio material que, haga el papel de soporte de la perturbación; se denominan genéricamente ondas mecánicas. El sonido, las ondas que se forman en la superficie del agua, las ondas en muelles o en cuerdas, son algunos ejemplos de ondas mecánicas y corresponden a compresiones, deformaciones y, en general, a perturbaciones del medio que se propagan a través suyo. Sin embargo, existen ondas que pueden propasarse aun en ausencia de medio material, es decir, en el vacío. Son las ondas electromagnéticas o campos electromagnéticos viajeros; a esta segunda categoría pertenecen las ondas luminosas.

                                              
                                                  

Ondas Transversales

En las ondas transversales, el desplazamiento del medio es perpendicular a la dirección de propagación de la onda. Una ola en un estanque y una onda en una cuerda son ondas transversales que se visualizan facilmente.
Las ondas transversales no se pueden propagar en un gas o en un líquido, puesto que no hay mecanismo para impulsar el movimiento perpendicular a la propagación de la onda.


Supón que produces una onda en una cuerda agitando el extremo libre hacia arriba y hacia abajo. En este caso el movimiento de la cuerda es perpendicular a la dirección del movimiento de la onda. Cuando el movimiento del medio (en este caso, la cuerda) es perpendicular a la dirección en que se propaga la onda, decimos que se trata de una onda transversal.
Las ondas que se producen en las cuerdas tensas de los instrumentos musicales y en las superficies de los líquidos son transversales.
También las ondas electromagnéticas que constituyen las ondas de radio y la luz son transversales.

Onda transversal

Ondas Longitudinales

En las ondas longitudinales, el desplazamiento del medio es paralelo a la propagación de la onda. Una onda en un "slinky" (muelle en espiral), es un buen ejemplo de visualización. Las ondas sonoras en el aire son ondas longitudinales.

No todas las ondas son transversales. En ciertos casos las partículas del medio se mueven de un lado a otro en la misma dirección en la que se propaga la onda. Las partículas se mueven a lo largo de la dirección de la onda en vez de hacerlo en sentido perpendicular. Una onda de este tipo es una onda longitudinal.
Las ondas sonoras son ondas longitudinales

Onda longitudinal