Bring Science Alive! Waves| Unit 1 Lesson 1 Reference Text and ISN | Spanish

¡Las ciencias toman vida

¡Aprendizaje vivo!

¡Estudios sociales vivos! ¡Historia viva! ¡Geografía viva! ¡Gobierno vivo!

¡Las ciencias toman vida! www.teachtci.com

Las ondas

Las ondas

¡Economía viva!

¡Las ciencias toman vida

TCI ofrece programas para salones de clases de escuelas primarias, intermedias y secundarias.

800-497-6138

100% NGSS

UNIDAD 1

Ondas mecánicas VISTAZO GENERAL Las olas, u ondas del mar, rompen constantemente contra el acantilado. Estas olas, una por una, erosionan lentamente la roca y forman el acantilado. ¿Cómo es este proceso?

En esta unidad, descubrirás que las ondas son patrones con una longitud de onda, frecuencia y amplitud específicas. Usarás gráficas y tablas para describir estos patrones, y representarás la forma en que las ondas se comportan cuando atraviesan un medio, y cuando pasan de un medio a otro. Por último, trabajarás en grupos y aplicarás tus conocimientos sobre las ondas para explicar y desarrollar soluciones que permitan proteger un acantilado de la erosión.

2

CONTENIDO DE LA UNIDAD 1

Tipos de ondas ¿Qué son las ondas?

Leer más a fondo: Una vida entera observando las olas

2

Propiedades de las ondas ¿Cómo se describen los patrones repetidos de las ondas?

Leer más a fondo: Atrapar una ola

3

La energía de las ondas ¿Cómo puedes medir la energía que transportan las ondas?

Diseño de ingeniería: Obtener energía de las olas

Historia basada en fenómenos Las olas están erosionando el acantilado cerca del restaurante Las Olas Hermosas, lo que puede provocar que el restaurante caiga al mar. ¿Cómo puedes usar modelos para salvar el restaurante?

Investigaciones Usa modelos para identificar las características comunes de las ondas, y después elabora argumentos para explicar qué fenómenos son ondas y cuáles no.

Investigaciones Planifica y lleva a cabo una investigación sobre las propiedades medibles de las ondas y cómo dependen unas de otras.

Investigaciones Reúne información sobre la energía que llevan las olas del mar y analiza los datos para encontrar la relación entre la amplitud de onda y la energía.

Leer más a fondo: ¿Cuán fuerte es demasiado fuerte?

4

Ondas en diferentes medios ¿Qué sucede cuando las ondas pasan de un medio a otro?

Diseño de ingeniería: Diseñar auditorios Leer más a fondo: Un puente condenado al fracaso

Investigaciones Usa diversos modelos para investigar las formas en que las ondas interactúan con los medios que atraviesan.

Desafío de ingeniería Investiga diversos dispositivos diseñados para prevenir la erosión causada por las olas. Luego diseña, construye, pon a prueba y optimiza tu propio diseño.

Evaluación del desempeño Redacta una propuesta con una solución de ingeniería para el problema de la erosión causada por las olas que amenaza al restaurante Las Olas Hermosas.

Ondas mecánicas

3

UNIDAD 1 Next Generation Science Standards

Performance Expectations MS-PS4-1. Use mathematical representations to describe a simple model for waves that includes how the amplitude of a wave is related to the energy in a wave.

MS-PS4-2.

Develop and use a model to describe that waves are reflected, absorbed, or transmitted through various materials.

MS-ETS1-1. Define the criteria and constraints of a design problem with sufficient precision to ensure a successful solution, taking into account relevant scientific principles and potential impacts on people and the natural environment that may limit possible solutions.

MS-ETS1-2. Evaluate competing design solutions using a systematic process to determine how well they meet the criteria and constraints of the problem.

MS-ETS1-4. Develop a model to generate data for iterative testing and modification of a proposed object, tool, or process such that an optimal design can be achieved.

Science and Engineering Practices

Crosscutting Concepts

Disciplinary Core Ideas

Using Mathematics and Computational Thinking Use mathematical representations to describe and/or support scientific conclusions and design solutions.

Structure and Function Structures can be designed to serve particular functions by taking into account properties of different materials, and how materials can be shaped and used.

PS4.A. Wave Properties • A simple wave has a repeating pattern with a specific wavelength, frequency, and amplitude.

• A sound wave needs a medium through which it is transmitted.

Asking Questions and Defining Problems Define a design problem that can be solved through the development of an object, tool, process or system and includes multiple criteria and constraints, including scientific knowledge that may limit possible solutions.

Cause and Effect Cause and effect relationships may be used to predict phenomena in natural or designed systems.

ETS1.A. Defining and Delimiting Engineering Problems The more precisely a design task’s criteria and constraints can be defined, the more likely it is that the designed solution will be successful. Specification of constraints includes consideration of scientific principles and other relevant knowledge that are likely to limit possible solutions.

Engaging in Argument from Evidence Evaluate competing design solutions based on jointly developed and agreed-upon design criteria.

Developing and Using Models • Develop and use a model to describe phenomena. • Develop a model to generate data to test ideas about designed systems, including those representing inputs and outputs.

Scientific Knowledge is Based on Empirical Evidence Science knowledge is based upon logical and conceptual connections between evidence and explanations.

4

Patterns Graphs and charts can be used to identify patterns in data.

Influence of Science, Engineering, and Technology on Society and the Natural World • Technologies extend the measurement, exploration, modeling, and computational capacity of scientific investigations.

• All human activity draws on natural resources and has both short and long-term consequences, positive as well as negative, for the health of people and the natural environment. • The uses of technologies and limitations on their use are driven by individual or societal needs, desires, and values; by the findings of scientific research; and by differences in such factors as climate, natural resources, and economic conditions.

ETS1.B. Developing Possible Solutions • A solution needs to be tested, and then modified on the basis of the test results, in order to improve it. • There are systematic processes for evaluating solutions with respect to how well they meet the criteria and constraints of a problem. • Models of all kinds are important for testing solutions.

ETS1.C. Optimizing the Design Solution The iterative process of testing the most promising solutions and modifying what is proposed on the basis of the test results leads to greater refinement and ultimately to an optimal solution.

Conecta lo que aprendes Las ondas mecánicas están a tu alrededor, ya sean las ondas sonoras de la voz de un amigo o las olas del mar. ¿Dónde más puedes ver ondas y por qué se comportan de diferentes maneras? Comprender las ondas y su comportamiento al pasar de un medio a otro te ayudará a explicar muchos fenómenos que a simple vista no parecen relacionados y que puedes observar en tu vida diaria.

Una rana salta al agua y el agua se agita tras el impacto. ¡Acabas de ver cómo se forman ondas en el agua! ¿Cómo describirías las ondas que formó esta rana? ¿Cómo se comparan estas ondas con las olas del mar?

Ondas mecánicas

Estás en el fondo de un auditorio, pero puedes oír la voz de un cantante bien alta y clara. ¿Qué modelos usan los ingenieros para diseñar auditorios que dirigen las ondas sonoras en una dirección específica?

En 1940, el puente de Tacoma Narrows colapsó completamente tan solo tres meses después de haber sido terminado. ¿Cómo se explica que las ondas hicieran que el puente se balanceara hasta romperse?

Ondas mecánicas

5

LECCIÓN 1

6

Tipos de ondas

Vocabulario onda perturbación que transporta energía de un lugar a otro

¿Qué son las ondas?

onda mecánica onda en la que las partículas de materia se mueven hacia adelante y hacia atrás

Introducción

medio materia por la que se propaga una onda mecánica

Si alguna vez viste de cerca cómo estallaba un globo, tal vez recuerdes el estruendo del estallido seguido de un silbido. En esta imagen, se llenó un globo con humo y luego se lo pinchó. Si miras de cerca, verás unas líneas de humo finas y gruesas. Esas líneas son ondas sonoras, que empujan el humo hacia adelante y hacia atrás a medida que el globo se desinfla. De hecho, si prestas atención al mundo que te rodea, podrías observar muchas cosas que llamamos ondas. Interactúas con las ondas todo el tiempo, por ejemplo, cuando una ola se aproxima a la orilla del mar, cuando un compañero de clase salta la cuerda o cuando oyes el sonido de un globo que estalla. Entonces, ¿qué tienen en común estas tres cosas? ¿Por qué todas son ondas?

Los científicos describen muchos fenómenos diferentes, aunque relacionados, como ondas. Todos estos fenómenos tienen ciertas características por las que se denominan ondas. Por ejemplo, todas las ondas transportan energía. Esta y otras características constituyen un modelo de las ondas. Los científicos usan estas características para describir y comparar las ondas, y para hacer predicciones sobre ellas.

En esta lección, investigarás varios ejemplos de ondas. Para distinguirlas, aprenderás diferentes categorías de ondas. Identificarás ejemplos de ondas de la vida real que entran en estas categorías y explorarás cómo esas mismas propiedades y esos mismos conceptos se aplican a diferentes tipos de ondas.

modelo representación de una situación que hace más fácil ver los aspectos más importantes pulso de onda onda formada por una única perturbación que no se repite ciclo de onda movimiento completo del patrón repetido de una onda onda transversal onda en la que la materia se mueve en un patrón perpendicular a la dirección en la que se propaga la onda onda longitudinal onda en la que la materia se mueve en un patrón paralelo a la dirección en la que se propaga la onda onda superficial onda en la que la materia se mueve en un patrón circular que a veces es paralelo y a veces perpendicular a la dirección en la que se propaga la onda

Next Generation Science Standards Performance Expectations MS-PS4-1. Use mathematical representations to describe a simple model for waves that includes how the amplitude of a wave is related to the energy in a wave.

Science and Engineering Practices Using Mathematics and Computational Thinking Use mathematical representations to describe and/or support scientific conclusions and design solutions.

Scientific Knowledge is Based on Empirical Evidence

Crosscutting Concepts Patterns Graphs and charts can be used to identify patterns in data.

Disciplinary Core Ideas PS4.A • A simple wave has a repeating pattern with a specific wavelength, frequency, and amplitude.

• A sound wave needs a medium through which it is transmitted.

Tipos de ondas

7

1. Ondas mecánicas Cuando escuchas la palabra “onda”, a lo mejor te imaginas las ondas que se forman en un lago cuando lanzas una piedra, pero hay muchos ejemplos de ondas, como las sonoras o las ondas en una cuerda. ¿En qué se parecen estos tipos de ondas?

Las olas del mar son ondas mecánicas porque están hechas de partículas de agua que se mueven en un patrón repetido. A pesar de que no puedes ver cada partícula de agua, puedes ver la superficie del mar que se mueve hacia arriba y hacia abajo en un patrón repetido determinado.

8

Lección 1

Las ondas mecánicas perturban la materia Para los científicos, una onda es una perturbación que transporta energía de un lugar a otro. Una ola, un tambor que vibra, una onda sonora y una onda en una cuerda en movimiento transportan energía al hacer que las partículas de materia se muevan hacia adelante y hacia atrás siguiendo un patrón. Este tipo de ondas son ondas mecánicas.

Las ondas mecánicas son ondas en las que la materia se mueve hacia adelante y hacia atrás en patrones repetidos. En una onda mecánica, la perturbación es el movimiento de las partículas de materia. Las olas del mar son ondas mecánicas porque las partículas de agua se mueven en un patrón circular repetido a medida que la onda se propaga a través del agua. El movimiento de las partículas de agua transporta energía a través del mar hasta la orilla. No puedes ver cada partícula del agua en movimiento. Pero sí puedes ver la superficie del agua, que se mueve hacia arriba y hacia abajo en un modo predecible, mientras la ola transporta energía a través del agua.

Las ondas mecánicas se propagan a través de la materia La materia por la que se propaga una onda mecánica se denomina medio. En el caso de una ola, el medio es el agua que está cerca de la superficie. En el caso de una onda sonora que viaja desde una guitarra hasta tu oído, el medio, generalmente, es el aire. En el caso de una onda que se forma al saltar la cuerda, el medio es la cuerda. El medio por el que viaja una onda afecta a muchas de las propiedades de la onda.

A medida que una onda mecánica se propaga a través de un medio, las partículas de la materia se mueven hacia adelante y hacia atrás. Las partículas en movimiento chocan con otras partículas que están cerca o tiran de ellas.

Esto hace que las partículas se compriman o se separen. Este patrón se repite y hace que la perturbación se mueva de un lugar a otro a través del medio.

Sin embargo, las partículas en sí no se alejan mucho de su lugar de origen.

Permanecen casi en el mismo lugar antes y después del paso de la onda a través del medio.

La aceleración de los carros en la carretera se puede representar como una onda.

El medio son los carros que están en la carretera. A medida que pasa el tiempo, un carro en particular está quieto, acelera, desacelera y después vuelve a estar quieto.

La aceleración sigue un patrón repetido.

Una onda mecánica es un modelo de muchas ondas Una onda mecánica es un modelo, es decir, la representación de una situación que hace más fácil ver los aspectos más importantes. El modelo de onda mecánica describe situaciones en las que la materia se mueve hacia adelante y hacia atrás en patrones repetidos. Cuando los científicos observan un fenómeno en el que la materia se mueve hacia adelante y hacia atrás como una onda mecánica, pueden usar las características de las ondas mecánicas para realizar predicciones sobre ese fenómeno. Por ejemplo, la aceleración de los carros en la carretera se puede representar como una onda. El medio de esta onda son los carros que están en la carretera. El carro está quieto, luego acelera, después desacelera y se detiene otra vez, por lo que vuelve a su estado inicial.

Los carros siguen este patrón cuando hay mucho tránsito. Los científicos pueden incluso usar un modelo de onda de la aceleración de los carros para determinar dónde es más probable que ocurran atascos de tránsito.

Tipos de ondas

9

2. Movimiento periódico de las ondas

Un ciclo de onda es un movimiento completo del patrón periódico de una onda. Cuando levantas las sábanas para tender tu cama, la onda comienza en el lugar donde tomaste la sábana y se propaga en una forma de S hacia el otro extremo de la cama.

10

Lección 1

Supón que un amigo y tú sostienen los extremos opuestos de una cuerda.

Cuando alzas el brazo, una onda pequeña avanza por la cuerda. Si mueves el brazo hacia arriba y hacia abajo más veces, se repite un patrón con forma de S que comienza de tu lado y termina en el de tu amigo. No importa la rapidez con la que muevas el brazo: la cuerda siempre forma una S. ¿Por qué pasa eso?

Cuando alzas el brazo para hacer una sola onda que viaja por la cuerda, estás creando un pulso de onda. Un pulso de onda es una única perturbación que no se repite. ¿Pero qué sucede si sigues moviendo el brazo hacia arriba y abajo?

Cuando sacudes la cuerda de forma repetida, estás haciendo una onda periódica. Una onda periódica tiene un patrón de movimiento que se repite durante un tiempo determinado. Las distintas partes de la cuerda se mueven hacia arriba y abajo de forma regular mientras la onda viaja a través de la cuerda. El patrón se repite y forma picos que tienen más o menos el mismo tamaño y están separados por aproximadamente la misma distancia. Como una onda periódica tiene un patrón distintivo, puedes predecir qué parte de la cuerda se moverá hacia arriba o hacia abajo.

Las ondas periódicas se describen según sus ciclos de onda. Un ciclo de onda es un movimiento completo del patrón repetido de una onda. En una onda periódica, un ciclo de onda es un pulso de onda. En la onda que creas al mover la cuerda, la S es un ciclo de onda. Durante el ciclo de onda, cuando la cuerda se mueve hacia arriba y hacia abajo, genera un pulso de onda con forma de S. Después, este movimiento hacia arriba y hacia abajo crea otro pulso en forma de S. Esta onda periódica está hecha de muchas S que se repiten, o ciclos de onda. Cuando observes ondas en tu vida diaria, como una bandera que flamea o las ondas en el agua, verás que tienen ciclos de onda repetidos que puedes usar para describir la onda.

Concepto científico clave

Ciclos en las ondas Cuando las ondas mecánicas viajan a través de la materia, las partículas de materia se mueven siguiendo un patrón repetido. Las ondas transportan energía de un lugar a otro sin que las partículas de materia se alejen mucho de su lugar de origen. En este caso, la cadena es el medio de materia por el que el pulso de onda se está propagando. Mira el cronómetro de la derecha. ¿Cuánto le lleva al eslabón amarillo volver a su posición original?

Dirección de la onda

La energía de la mano que se mueve se transfiere a la cadena.

A medida que la onda se propaga a través de la cadena, los eslabones de la cadena se mueven hacia arriba y hacia abajo.

El patrón de movimiento producido en la cadena se repite a lo largo de esta en forma de S.

A pesar de que cada eslabón se mueve hacia arriba y hacia abajo, todos permanecen cerca de su posición original.

La onda completa un ciclo cuando la cadena vuelve a su posición original.

11

Onda transversal en un resorte Valle Movimiento del resorte

Dirección de la onda

Cresta

Figura 1.3 Las ondas que se producen al sacudir un extremo del resorte de lado a lado son ondas transversales. El movimiento de lado a lado de cada bucle del resorte es perpendicular al movimiento de las ondas, que se alejan de la persona que sacude el resorte.

Las ondas transversales parecen una serie de “eses”. Los puntos más altos se llaman crestas y los más bajos, valles.

12

Lección 1

3. Ondas transversales Si le gritas a tu amigo que está en el otro extremo de la cuerda en movimiento, habrá dos tipos de ondas viajando en dirección a él: la onda producida por el sonido de tu voz y la onda producida por tu mano al sacudir la cuerda. ¿Cómo puedes usar el patrón de movimiento de una onda mecánica para identificar de qué tipo de onda se trata?

Una onda en la que las partículas se mueven en un patrón perpendicular a la dirección en la que se propaga la onda se llama onda transversal. La onda que se produce al sacudir una cuerda hacia arriba y hacia abajo es una onda transversal. La onda se aleja de tu mano y recorre todo el largo de la cuerda. Pero la materia de la cuerda se mueve hacia arriba y hacia abajo. La dirección del movimiento de la cuerda es perpendicular, es decir, transversal, a la dirección del movimiento de la onda. La Figura 1.3 muestra una onda transversal que también se puede hacer al mover un resorte, de manera similar a una cuerda, de lado a lado. La dirección del movimiento del resorte, como se ve en la flecha negra, es perpendicular a la dirección del movimiento de la onda, como se ve en la flecha roja.

Una onda transversal se ve como una serie de “eses” debido al movimiento periódico de la materia. El punto más alto de esas “eses” se llama cresta y el más bajo, valle. Las mediciones de las crestas y los valles se pueden usar para describir las propiedades de las ondas transversales. Estas propiedades incluyen el tamaño de los movimientos perpendiculares de las partículas y la longitud del ciclo de onda.

4. Ondas longitudinales Puedes identificar una onda transversal en una cuerda que se está sacudiendo cuando ves que se forma una S. Pero otros tipos de ondas, como las sonoras, tienen otros patrones de movimiento. Si no puedes ver las ondas sonoras ni otros tipos de ondas parecidas, ¿cómo puedes saber de qué manera se mueven?

Una onda longitudinal es una onda en la que la materia se mueve en un patrón paralelo a la dirección en la que se propaga la onda. Puedes crear una onda longitudinal estirando, entre dos personas, un resorte sobre una mesa.

En la Figura 1.4A, un extremo del resorte se mueve hacia adelante y hacia atrás mientras se sostiene el otro extremo para mantenerlo inmóvil. Los bucles se juntan y se separan a medida que la onda se desplaza por la mesa.

Los bucles se mueven hacia adelante y hacia atrás en un patrón paralelo a la dirección en la que se mueve la onda. Las flechas rojas muestran la dirección de la onda mientras atraviesa los bucles. Pero las flechas negras muestran que los bucles individuales solo se mueven un poco hacia adelante y hacia atrás.

Las ondas sonoras son otro ejemplo de ondas longitudinales. Están formadas por aire que es empujado hacia adelante y hacia atrás, a medida que se aleja de la fuente de sonido y vuelve a acercarse. La onda que se produce está formada por un patrón repetido de aire que se comprime y se descomprime. Cualquier onda longitudinal se puede identificar gracias a este patrón de materia comprimida y descomprimida.

Figura 1.4A En una onda longitudinal, las partículas se mueven paralelamente a la dirección en la que se propaga la onda. A medida que las partículas se mueven, se comprimen y se descomprimen, como los bucles de este resorte.

Onda longitudinal en un resorte

Mano quieta

Mano que empuja

Mano que jala

Mano quieta

Tipos de ondas

13

Si miras de cerca, verás cómo se forman las ondas sonoras en el humo que está dentro de este globo que acaba de estallar. El humo parece más grueso en las compresiones y más fino en las rarefacciones.

Figura 1.4B Las ondas sonoras están formadas por partículas que chocan a medida que se mueven hacia adelante y hacia atrás en una onda longitudinal. Si representaras gráficamente la cantidad de partículas que se comprimen en una onda sonora, la gráfica tendría una forma similar a la de una onda transversal.

Recuerda que las partes más altas y más bajas de las ondas transversales se llaman crestas y valles. También hay palabras específicas para describir las diferentes partes de una onda longitudinal. Las áreas donde las partículas están muy juntas se denominan compresiones. Las áreas donde las partículas están separadas se denominan rarefacciones. En la onda de un resorte, las compresiones están donde los bucles están más juntos y las rarefacciones están donde los bucles están más separados. En una onda sonora, las compresiones están donde el aire está más comprimido y las rarefacciones están donde el aire está más disperso.

A medida que las partículas se mueven hacia adelante y hacia atrás, crean compresiones y rarefacciones. El aire se compacta y forma una compresión. Durante la compresión, las partículas chocan entre sí bastante seguido porque están muy juntas. Esta acción de chocar las lleva a una rarefacción, donde hay menos partículas. Cada vez más partículas pasan de la compresión a la rarefacción. A medida que el número de partículas aumenta, el lado donde estaba la rarefacción pasa a ser una compresión.

Entonces, las partículas vuelven a salir de la compresión y regresan al estado de rarefacción. Esto sucede una y otra vez, y las compresiones y rarefacciones se mueven de un lugar a otro, aunque las partículas solo rebotan hacia adelante y hacia atrás.

En las ondas transversales, a diferencia de lo que sucede en las longitudinales, las partículas no se mueven en la misma dirección que las ondas. Sin embargo, hay similitudes entre los patrones de estas ondas.

Compara la gráfica de una onda longitudinal que se muestra en la Figura 1.4B con una onda transversal. Las compresiones corresponden a las crestas y las rarefacciones corresponden a los valles. En una onda transversal, cada ciclo de onda tiene una cresta y un valle. El patrón repetido de crestas y valles forma el patrón con forma de S de la onda. En una onda longitudinal, cada ciclo de onda tiene una compresión y una rarefacción, que al repetirse crean el movimiento periódico de la onda.

Onda sonora longitudinal

Cresta

Valle Dirección de la onda

Movimiento del aire

Compresión

14

Lección 1

Rarefacción

Partículas de aire

5. Ondas superficiales Estás en la playa, mirando al horizonte, cuando notas una botella de vidrio que se balancea sobre la superficie del mar. Si las olas se mueven hacia arriba y hacia abajo o de atrás para adelante, ¿por qué da la sensación de que la botella hace todos estos movimientos a la vez?

En las ondas superficiales, las partículas se mueven en círculos. En un movimiento circular, las partículas se mueven de forma perpendicular y, a veces, paralela a la dirección en la que se propagan las ondas. Cuando las partículas completan el círculo, vuelven al mismo lugar donde comenzaron.

Las ondas que se mueven sobre la superficie de las aguas profundas son ondas superficiales. En estas ondas, las partículas de agua se mueven en círculos, que puedes ver cuando observas una botella que flota en el mar. La botella flota hacia adelante a medida que la cresta de la onda se mueve debajo de ella. Después, flota hacia atrás y hacia abajo a través del valle de la onda, hasta que vuelve a montarse sobre una nueva cresta. Los movimientos hacia adelante y hacia atrás son paralelos a la dirección de la onda. Los movimientos hacia arriba y hacia abajo son perpendiculares a la dirección de la onda. Todos estos movimientos se combinan para crear el patrón circular de movimiento de la botella y las partículas de agua que hay debajo de ella.

Las ondas superficiales se llaman así por el lugar donde generalmente se encuentran: en la superficie de un medio, como el punto donde el agua del mar se encuentra con el aire. Las partículas de la superficie del agua que se muestran en la Figura 1.5 se mueven en círculos grandes. Las partículas se mueven en círculos cada vez más pequeños a medida que te alejas hacia el fondo.

Muy por debajo de la superficie, las partículas no se ven afectadas por la onda. En cualquier onda superficial, los movimientos circulares más grandes están cerca de la superficie del medio, ya sea en una ola del mar o cualquier otro medio.

Ondas superficiales en el agua Dirección de la onda

Movimiento circular de las partículas Partícula de agua

Figura 1.5 Las ondas superficiales se mueven en círculos que incluyen movimientos hacia arriba y abajo, que son perpendiculares al movimiento de la onda, y hacia adelante y atrás, que son paralelos al movimiento de la onda. Por esta razón es que un objeto, como una botella que flota en la superficie del mar, parece moverse en todas direcciones mientras se queda casi en el mismo lugar de su posición original.

Tipos de ondas

15

Concepto científico clave

Tres clases de ondas mecánicas En todas las ondas mecánicas, la materia se mueve hacia adelante y hacia atrás en un área pequeña. La materia no se aleja mucho de su lugar de origen. Aunque la materia en una onda mecánica se queda cerca de su posición original, las ondas transportan energía de un lugar a otro. La energía se transporta con el movimiento general de la onda. En estos tres casos, las ondas transportan energía de izquierda a derecha.

Ondas transversales En una onda transversal, la materia se mueve de forma perpendicular a la dirección en la que se propaga la onda. En este caso, los eslabones de la cadena se mueven hacia arriba y hacia abajo, y la onda recorre la cadena de izquierda a derecha.

Movimiento de las partículas

Dirección de la onda

Ondas longitudinales En una onda longitudinal, la materia se mueve de forma paralela a la dirección en la que se propaga la onda. En este caso, los bucles del resorte se mueven de izquierda a derecha, y la onda se propaga a través del resorte de izquierda a derecha.

Movimiento de las partículas Dirección de la onda

Ondas superficiales En una onda superficial, la materia se mueve de forma paralela y perpendicular a la dirección en la que se propaga la onda. Esta onda se desplaza de izquierda a derecha. Las partículas que forman el agua se mueven en círculos. Se mueven hacia arriba y hacia abajo, es decir, de forma perpendicular a la onda, y de izquierda a derecha, paralelamente a la onda.

16

Movimiento de las partículas

Dirección de la onda

6. Las ondas transportan energía De pronto, sacudes la cuerda hacia arriba y a tu amigo se le escapa de las manos. Si las partículas de materia de una onda permanecen cerca de su posición original, ¿por qué hace eso la cuerda?

Las ondas mecánicas transportan energía debido al movimiento de las partículas. Al chocar con las partículas vecinas y hacer que se muevan, las partículas transfieren energía de un lugar a otro. Aunque la energía se transfiere por el movimiento de las partículas a medida que la onda se propaga, las partículas del medio permanecen muy cerca de su posición original. Si sacudes la cuerda hacia arriba y hacia abajo, puedes inferir que la energía viaja por la cuerda mientras cada parte de la cuerda se mueve de lado a lado. La parte de la cuerda que está en tu mano no viaja junto con la onda a través de la cuerda. Pero la onda transporta la energía desde tu mano hasta el otro extremo de la cuerda.

Puedes ver que las ondas transportan energía porque producen algún tipo de cambio en la posición o en el movimiento. Por ejemplo, una bandera produce un sonido cuando flamea con el viento. Para que se produzca un sonido se necesita energía. Por lo tanto, la onda transversal que se mueve a través de la bandera debe transportar energía. Todas las ondas mecánicas transportan energía de un lugar a otro a través de la materia.

RESUMEN DE LA LECCIÓN

Tipos de ondas Ondas mecánicas Las ondas son perturbaciones que transportan energía de un lugar a otro. Las ondas mecánicas están hechas de partículas de materia que se mueven hacia adelante y hacia atrás. La materia es el medio por el que se propaga la onda. La materia por la que pasa la onda conserva su posición original, en lugar de moverse de un lugar a otro.

Movimiento periódico de las ondas Las ondas se caracterizan por el movimiento periódico, lo que significa que los movimientos se repiten durante un tiempo determinado. Un ciclo de onda es una repetición completa del movimiento.

Ondas transversales En las ondas transversales, la materia se mueve en un patrón perpendicular a la onda. Las ondas transversales tienen forma de S, con picos llamados crestas y partes bajas llamadas valles.

Ondas longitudinales En las ondas longitudinales, la materia se mueve en un patrón paralelo a la onda. Están hechas de compresiones y rarefacciones alternadas.

Ondas superficiales En las ondas superficiales, la materia se mueve en un patrón circular que es a la vez paralelo y perpendicular a la onda.

Las ondas transportan energía Todas las ondas mecánicas transportan energía de un lugar a otro en la dirección en que se mueve la onda. Las ondas transportan energía porque hacen que la materia se mueva o cambie de alguna forma.

Tipos de ondas

17

LEER MÁS A FONDO

Una vida entera observando las olas Las olas del mar, como todas las ondas, transportan energía de un lugar a otro. Puedes observar algunos efectos de esa energía, como el movimiento de las embarcaciones y los surfistas en el agua. Después de un tiempo, es posible que te preguntes: ¿Cómo se forman las olas? ¿Hacia dónde van? Un oceanógrafo, Walter Munk, movido por la curiosidad, pasó años investigando las olas del mar y, finalmente, consiguió responder esas preguntas.

Pero ¿por qué son tan importantes sus respuestas a esas preguntas sobre los patrones de las olas?

Las tropas aliadas abordaron cientos de buques y aviones antes de que asomara el primer rayo de sol del 6 de junio de 1944, el Día D. Iban a luchar en una de las batallas más importantes de la Segunda Guerra Mundial. Alrededor de 160,000 soldados, incluidas las tropas británicas y estadounidenses, desembarcaron cerca de la orilla para enfrentar el fuego enemigo de los alemanes en las costas de Normandía, Francia. Fue una invasión devastadora para ambos lados, y se perdieron miles de vidas. Pero la victoria de los Aliados ese día fue un punto de inflexión en la guerra.

El 6 de junio de 1944 es un día histórico, aunque muchos no saben que la invasión del Día D fue originalmente pensada para el 5 de junio. Pero los oceanógrafos predijeron que habría grandes olas ese día, y los líderes aliados postergaron la invasión por miedo a que las grandes olas pusieran en peligro la operación. Walter Munk y Harald Sverdrup fueron dos de los oceanógrafos que desarrollaron el modelo de pronóstico de oleaje que fue utilizado por los militares en la Segunda Guerra Mundial. Sin la ayuda de los oceanógrafos, la invasión tal vez habría ocurrido el 5 de junio, y tal vez el resultado de la guerra y el destino del mundo habrían sido otros.

El 6 de junio de 1944, las tropas aliadas desembarcaron en las costas de Normandía, Francia. El modelo de pronóstico de oleaje desarrollado por Munk y Sverdrup ayudó a los líderes aliados a elegir la fecha de la invasión.

18

Lección 1

Una carrera empieza con amor Walter Munk se convirtió en un oceanógrafo muy respetado gracias al modelo de pronóstico de oleaje que desarrolló para las fuerzas armadas durante la Segunda Guerra Mundial. Sin embargo, el modelo tal vez no habría sido desarrollado si Munk no hubiera seguido lo que le dictó el corazón en el verano de 1939. Antes, no estaba en sus planes estudiar las olas del mar ni dedicarse a la ciencia. Pero después de darse cuenta de que no le gustaba su carrera como bancario, decidió estudiar física en la universidad. En 1939, siguió a su novia hasta La Jolla, California, donde ella veraneaba con sus abuelos. Así fue como Munk descubrió su pasión por las olas del mar.

Munk consiguió un trabajo con el oceanógrafo Harald Sverdrup para ganar dinero para y así poder salir con su novia. La relación con ella no prosperó, pero su amor por el estudio del mar continuó toda su vida.

En su trabajo con Sverdrup, Walter Munk aplicó sus conocimientos de física a las olas del mar. Poco después de que estallara la Segunda Guerra Mundial en Europa en 1939, Munk comenzó a realizar investigaciones para la Armada de los Estados Unidos, para ayudar con las misiones de desembarco. Pensaba que las olas se podían pronosticar, de la misma forma en que un meteorólogo puede pronosticar una tormenta. La posibilidad de predecir el tamaño y la frecuencia de las olas permitiría a los oficiales de la armada planificar el mejor momento para realizar los desembarcos, cuando las olas fueran bajas y las condiciones, menos peligrosas. Munk trabajó con Sverdrup en el desarrollo de un modelo matemático para pronosticar las olas en la playa. Pusieron a prueba su modelo de pronóstico de oleaje y luego capacitaron a los oficiales de la armada en el manejo del modelo.

El doctor Walter Munk se convirtió en oceanógrafo y desarrolló un modelo para pronosticar las olas. Mientras trabajaba con Harald Sverdrup durante la Segunda Guerra Mundial, pudo aplicar sus conocimientos de física al estudio de los patrones de las olas.

Walter Munk, el buzo que sostiene un anotador, fue uno de los primeros buceadores que estudiaron el océano Pacífico. Gracias a sus estudios, Walter Munk desarrolló el modelo matemático de predicción de oleaje que garantizó el éxito del Día D.

Tipos de ondas

19

Estudiar las olas de todo el Pacífico

Dire

cció

n de

las

olas

Tras la guerra, Walter Munk siguió aplicando la física al estudio de las Alaska corrientes y las mareas en el océano.

Como dijo: “Intenté concentrarme en otras cosas además del pronóstico del FLIP oleaje, pero las olas me seguían llamando”.

En la década de 1960, Munk decidió hacer el intento de investigar las olas de todo el Pacífico. Sabía que, lejos del continente, los vientos fuertes transferían Hawái su energía al mar y producían olas que podían recorrer miles de kilómetros.

Atolón Palmyra Y sabía que algunas olas grandes se creaban en medio de fuertes tormentas de invierno en algunas áreas del océano, Samoa como en la región del océano Índico que se encuentra cerca de la Antártida.

Pero ¿qué sucede con la energía de esas enormes olas cuando las tormentas se Nueva Zelanda terminan? ¿Cuánto tardan las olas en llegar al océano Pacífico desde el océano Índico?

Océano Pacífico Walter Munk no podía simplemente salir en un barco a investigar las olas Océano Índico de todo el océano. En el mar abierto, ¡la altura de las olas puede ser de tan solo un milímetro! Y había muchas olas que viajaban en diferentes Walter Munk y su equipo querían seguir la ruta de las olas creadas por las direcciones, todas mezcladas. Para seguir el camino de las olas que tormentas en la región del océano Índico se originaban cerca de la Antártida, necesitaba un equipo especial y que se encuentra cerca de la Antártida. un experimento diseñado especialmente para ese fin.

Para poder llevar un registro de las olas, El experimento tuvo diferentes etapas. Munk y su equipo de instalaron seis estaciones de investigación científicos trazaron el camino que pensaban que seguirían hasta en el océano Índico y el Pacífico. el Pacífico las olas provocadas por las tormentas de invierno en el océano Índico. Después, instalaron seis estaciones de investigación en esa ruta, desde Nueva Zelanda en el sur, hasta Alaska en el norte.

El equipo soltó en cada estación, hasta llegar al fondo del mar, los detectores de olas que habían diseñado y esperaron noticias de una tormenta importante.

No tuvieron que esperar mucho. Las primeras olas provenientes de una tormenta invernal llegaron a Nueva Zelanda tan solo un día después de haber instalado la estación. El equipo comenzó a reunir datos sobre las olas. Para seguir las olas, necesitaban ser capaces de distinguir unas olas de otras. Por suerte, cada grupo de olas tiene un patrón único que el equipo de Munk usó para identificarlas.

20

Lección 1

El equipo también calculó la rapidez con la que se desplazaban las olas, para poder predecir cuándo llegaría a cada estación el grupo de olas provenientes de la tormenta. Una vez que el grupo llegaba a una estación, un miembro del equipo alertaba a la siguiente estación cuándo podría esperar la llegada de las olas. De esta forma, llevaron un registro de las olas durante dos semanas, mientas estas recorrían 16,000 km en el océano.

El equipo siguió reuniendo datos durante el verano de 1963 (invierno en la Antártida) para poder comparar los resultados de muchas olas.

Reunieron tanta información (diez millones de puntos de datos) que habría sido imposible analizarlos sin una computadora. El equipo creó un programa de computación para analizar los datos, pero debieron esperar para poder usarlo. En 1963, las computadoras eran algo relativamente nuevo y demasiado grande para llevar hasta las estaciones de investigación. En cambio, los datos eran enviados hasta la computadora del laboratorio principal, que se encontraba en Honolulu, Hawái.

Los datos mostraron que las olas cruzaban todo el océano y sirvieron para hacer predicciones importantes. Por ejemplo, las condiciones para surfear en Hawái se podían pronosticar con días de anticipación, basándose en las condiciones meteorológicas que existían en la Antártida.

Walter Munk se sorprendió con algunos de los resultados. Pensaba que las olas perderían mucha energía durante su viaje. Sin embargo, cuando las computadoras terminaron de analizar los datos, los resultados demostraron que las olas perdían muy poca energía en todo el trayecto. La mayor parte de la energía de las tormentas de la Antártida se transportaba por completo hasta playas ubicadas a miles de kilómetros de distancia.

Pronosticar las olas es tan importante hoy como lo fue durante la Segunda Guerra Mundial. Los pronósticos de oleaje alertan a guardavidas, navegantes, surfistas y pescadores sobre condiciones peligrosas con días de anticipación. Las condiciones del oleaje se pueden predecir en las playas de todo el mundo gracias a que Walter Munk diseñó una forma de seguir las olas desde los océanos helados y ventosos donde se forman hasta las lejanas playas donde terminan. ◆

Los resultados del experimento de Walter Munk demostraron que las olas podían cruzar todo el océano. Esos resultados sirvieron para pronosticar las condiciones del oleaje en Hawái y saber si será un buen día de playa.

Tipos de ondas

21

En el Cuaderno interactivo del estudiante: • Pensarás en lo que ya sabes.

• Tomarás notas a partir de la lectura.

• Anotarás lo que descubras en cada investigación.

• Mostrarás lo que has aprendido.

Al final del año escolar, ¡podrás volver a mirar las páginas de tu cuaderno para recordar todo lo que exploraste en ciencias!

Cuaderno interactivo del estudiante

Las ondas

Las ondas

Cuaderno interactivo del estudiante Tu diario de investigación científica

Las ondas

www.teachtci.com 800-497-6138

100 % NGSS

CUADERNO INTERACTIVO

ONDAS MECÁNICAS

Tipos de ondas O B S E R VA R F E N Ó M E N O S

1. Haz una lluvia de ideas para pensar en todos los tipos de ondas que se te ocurran.

Fenómeno: En muchos eventos deportivos, las personas de la multitud se paran y levantan las manos en un patrón que se llama “hacer la ola”.

2. ¿Qué preguntas tienes sobre este fenómeno?

3. ¿Crees que, cuando la multitud “hace la ola”, forma una onda? ¿Por qué?

© Teachers’ Curriculum Institute

Tipos de ondas

1

CUADERNO INTERACTIVO INVESTIGACIÓN 1

1. Experimenta con los objetos en tu escritorio. Intenta hacer ondas con cada objeto. Anota lo que hiciste para generar las ondas. Dibuja un diagrama de cada onda.

Objeto

2

Tipos de ondas

Instrucciones para hacer una onda

Diagrama de la onda

© Teachers’ Curriculum Institute

CUADERNO INTERACTIVO

2. Haz una lista de las características que todas las ondas tienen en común.

3. Basándote en la lista que hiciste de las características de las ondas, define qué es una onda.

Una onda es un fenómeno que…

4. En una onda, la energía…

5. En una onda, la materia…

6. Ahora revisa tu definición de las ondas e incluye la energía y la materia.

Una onda es un fenómeno que…

© Teachers’ Curriculum Institute

Tipos de ondas

3

CUADERNO INTERACTIVO 1 - Ondas mecánicas

1. Piensa en los fenómenos que consideras que son ondas. ¿Cómo los describirías? Elabora una definición de las ondas basándote en tu propia experiencia.

2 - Movimiento periódico de las ondas

1. Dibuja un pulso de onda y una onda periódica. Luego agrega corchetes para mostrar un ciclo de onda en la onda periódica.

Pulso de onda

Onda periódica

4

Tipos de ondas

© Teachers’ Curriculum Institute

CUADERNO INTERACTIVO INVESTIGACIÓN 2

Después de mirar los videos, elabora un argumento para indicar si el fenómeno que se muestra en cada video es una onda o no.

1. Ondulaciones en el agua de un estanque Afirmación:

Evidencia:

Razonamiento:

2. Un paraguas que se vuela con el viento Afirmación:

Evidencia:

Razonamiento:

© Teachers’ Curriculum Institute

Tipos de ondas

5

CUADERNO INTERACTIVO

3. Un bote inflable que flota por un río Afirmación:

Evidencia:

Razonamiento:

4. El suelo que tiembla durante un terremoto Afirmación:

Evidencia:

Razonamiento:

6

Tipos de ondas

© Teachers’ Curriculum Institute

CUADERNO INTERACTIVO

5. Fichas de dominó que caen Afirmación:

Evidencia:

Razonamiento:

6. Un platillo que vibra Afirmación:

Evidencia:

Razonamiento:

© Teachers’ Curriculum Institute

Tipos de ondas

7

CUADERNO INTERACTIVO 3 - Ondas transversales

1. Rotula la cresta y el valle de esta onda transversal. Agrega una flecha negra que muestre el patrón de movimiento de la materia y una flecha roja que muestre la dirección en la que se mueve la onda.

4 - Ondas longitudinales

1. Describe en qué se parece un resorte que se mueve hacia adelante y hacia atrás al movimiento de las partículas de aire en una onda sonora.

8

Tipos de ondas

© Teachers’ Curriculum Institute

CUADERNO INTERACTIVO 5 - Ondas superficiales

1. Compara y contrasta las ondas superficiales con las transversales y las longitudinales.

Similitudes

Diferencias

Ondas superficiales y ondas transversales

Ondas superficiales y ondas longitudinales

© Teachers’ Curriculum Institute

Tipos de ondas

9

CUADERNO INTERACTIVO INVESTIGACIÓN 3

Dibuja un diagrama de tu paso de baile para cada tipo de onda. Usa flechas para mostrar cómo tu paso representa el movimiento de la materia y la transferencia de energía en la onda. Escribe una oración sobre cada movimiento en la que expliques cómo representa la materia y la energía de la onda.

1. Ondas transversales

2. Ondas longitudinales

3. Ondas superficiales

10

Tipos de ondas

© Teachers’ Curriculum Institute

CUADERNO INTERACTIVO 6 - Las ondas transportan energía

1. Elige un ejemplo de una onda. Describe una evidencia de que la onda transporta energía de un lugar a otro.

COMPRENDER LOS FENÓMENOS

Fenómeno: En muchos eventos deportivos, las personas de la multitud se paran y levantan las manos en un patrón que se llama “hacer la ola”.

1. Usa lo que aprendiste para explicar este fenómeno.

© Teachers’ Curriculum Institute

Tipos de ondas

11