Una explicación intuitiva sobre la propagación de ondas mecánicas.

Estaba estudiando ondas mecánicas hoy y tengo preguntas sobre cómo se propaga un pulso en una cuerda y su reflexión y transmisión en un límite y espero poder encontrar ayuda aquí.

Primero, con respecto a la propagación de un pulso. Supongamos que tenemos una cuerda tensa y le introduzco un pulso azotando un extremo. Cuando azoto la cuerda en un extremo, aplico algo de fuerza y ​​desplazo las partículas en ese extremo, lo que genera algo de energía cinética que debe propagarse a lo largo de la cuerda. Debo entender que cada partícula energizada proporciona una fuerza para que su partícula vecina se desplace a lo largo del y -eje (que es como se propaga la energía). ¿Cuál es la fuerza que restaura estas partículas energizadas a su posición inicial? ¿Es la fuerza de reacción según la tercera ley de Newton) de las partículas vecinas que acaban de desplazar o es un componente de la tensión de la cuerda? Si se debe a la tensión de la cuerda (como creo que es), ¿qué pasa con la fuerza de reacción que debería ejercer la partícula vecina? ¿Qué efecto tiene esta fuerza de reacción sobre la cuerda? Por favor, dame una idea clara de cómo se lleva a cabo esta propagación completa.

Fuerzas sobre las partículas de un pulso.

Las flechas azules representan la fuerza restauradora. Ahora bien, si he sujetado el otro extremo de la cuerda, el pulso se refleja de nuevo invertido. ¿Puede proporcionar una explicación intuitiva sobre cómo se lleva a cabo esta inversión? Leí que la fuerza de reacción de la partícula rígida causa esta inversión, pero dado que la última partícula sujeta de la cuerda ni siquiera puede moverse, ¿cómo se propaga la energía debida a esta fuerza y ​​se transfiere a la partícula adyacente que puede moverse? La explicación habitual de cómo se propaga una onda es que cuando una partícula se perturba (por ejemplo, se mueve hacia arriba), ejerce una atracción sobre otra, que a su vez ejerce una atracción sobre la siguiente, y así sucesivamente. En otras palabras, para ejercer un tirón o empuje sobre la siguiente partícula debe haber algún movimiento/perturbación de la anterior. Pero la partícula está sujeta.

Sin ofender, pero dos puntos: 1. Me di por vencido después de su décima pregunta, podría pensar en dividir esto en un conjunto de preguntas para mejorar sus posibilidades de obtener una respuesta y 2. Cualquier libro de física de primer año le dirá más que se pueden detallar aquí, por ejemplo, Halliday y Resnick o una miríada de otros, las respuestas a algunas de las preguntas ya están en la web, por ejemplo, inversión de cuerda en una cuerda: physicsclassroom.com/class/waves/Lesson-3/Boundary-Behavior
Visité el enlace que vinculaste y no proporciona una gran explicación, en mi opinión. Simplemente dice que la inversión se debe a la tercera ley de newton sin dar ningún tipo de explicación de cómo se propaga la energía desde un punto fijo. Para mí, el artículo expone hechos en lugar de explicarlos. Pensé en incluir todas mis preguntas en una porque siento que están estrechamente relacionadas entre sí y sería más fácil responderlas en un flujo. No tengo acceso al libro que mencionas y el libro al que me refiero no ha dado una explicación adecuada.
@c0smicVorTeX: Tienes razón en que el aula de física es bastante infantil y no explica en profundidad. Pero como dijo count_to_10, divida sus preguntas; no haga varias preguntas a la vez, sin importar cuán estrechamente relacionadas estén.
Bien, dividiré la pregunta en 2.
Retire la segunda parte y solo conserve la primera parte de cómo interactúa la fuerza o la tensión.
Eliminada la segunda parte.
@c0smicVorTeX: Sí, ahora se ve bien.

Respuestas (1)

Trate de pensar en la cuerda hecha de pequeñas bolas sólidas conectadas con resortes. Cuando haces la protuberancia como se muestra en tu imagen, los resortes se expanden. Ahora lo sueltas. La bola ascendente aplica fuerza hacia arriba a la bola a su derecha. Los resortes ya expandidos pronto tienden a descomprimirse nuevamente. Al hacerlo, la bola que cae aplica una fuerza hacia abajo a la bola de la izquierda. Así es como se mueve la forma de la protuberancia en la dirección de avance. Las bolas de la derecha continúan proporcionando fuerza hacia arriba para las siguientes bolas de la derecha.

Cuando la ola alcanza el extremo que se sujeta, la bola más a la derecha debe permanecer fija. Toda la energía llega al resorte conectado con la bola más a la derecha. La penúltima bola permanecerá alta hasta que la mitad de la protuberancia no desaparezca. Ahora bien, si no había pinza, el resto medio vagabundo tenía que caer normalmente. Pero ahora caerá generalmente + el último resorte se descomprimirá muy fuerte y sacudirá el medio bache en dirección hacia abajo. Esto hará un golpe reflejado en la dirección hacia abajo.

De manera similar, puede concebir la interferencia de las ondas en una cuerda con este modelo.

Entonces, básicamente, ¿es la fuerza de tensión la que impulsa la ola hacia adelante y no hay otra fuerza que actúe sobre la ola?
Bueno, nada va realmente hacia adelante. Los trozos de cuerda simplemente suben y bajan, pero de tal manera que la ubicación donde ocurren estas oscilaciones se mueve más hacia la derecha con el tiempo. Puede ser engañoso pensar en una onda como un objeto que empujas y jalas, aunque las ondas sí transportan energía e impulso.
@KevinZhou Edité allí. Quise decir que la forma golpeada avanza, no las partículas de cuerda.
@c0smicVorTeX Sí. En los libros suelen utilizar la fuerza de tensión para explicar todas estas cosas. La tensión es en realidad similar a las fuerzas de resorte en este modelo. Puede considerar los enlaces químicos entre moléculas consecutivas como resortes en aras de la simplicidad.
De nada. No soy un experto en física. Así es como conceptualicé las ondas en cuerdas en mis días de escuela. Quiero decir que esta es solo mi idea personal, no sé si es 100% correcta.
Una explicación intuitiva sobre la propagación de ondas mecánicas.
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