optica, medicina

8/17/2019 Optica, Medicina

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Fenómenos ondulatorios:

Reflexión: cuando una onda choca contra un obstáculo de distinta densidad, al menos una partede ella regresa al medio de donde vino. En medicina es muy importante la ecosonografía queutiliza ultrasonido para obtener imágenes para el diagnóstico.

Refracción: la parte de la onda no reflejada que pasa al otro medio de distinta densidad se llamarefractada y el fenómeno, refracción.

Interferencia: cuando en una región del espacio inciden dos o más movimientos ondulatorios,los desplazamientos que ellos producen sobre cada partícula se suman algébricamente en cadainstante de tiempo. Entonces, puede suceder que la amplitud total del movimiento resultanteaumente interferencia constructiva! o disminuya interferencia destructiva!.

Principio de superposición: nos dice que todas las ondas que llegan a un medio se transmitenindependientemente unas de otras y que la amplitud resultante es igual a la suma algébrica delas ondas que intervienen.

Ondas estacionarias : "uando se mezclan dos ondas iguales de la misma amplitud pero dedirección contraria se producen las ondas estacionarias que están formadas por zonas dondelas partículas vibran con gran amplitud llamadas antinodos y zonas donde no hay vibraciónllamadas nodos.

#ig. $.%

Estas ondas se forman al pulsar las cuerdas de los instrumentos de cuerda o en los tubos de losinstrumentos de viento.

&a distancia entre dos nodos consecutivos es igual a media longitud de onda.

Difracción: es un fenómeno característico de las ondas que consiste en la dispersión ycurvado aparente de las ondas cuando encuentran un obstáculo. &a difracción ocurre entodo tipo de ondas, desde ondas sonoras , ondas en la superficie de un fluido y ondaselectromagnéticas como la luz y las ondas de radio . 'ambién sucede cuando un grupo deondas de tama(o finito se propaga) por ejemplo, por causa de la difracción, un haz angosto

http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Sonidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Luzhttp://es.wikipedia.org/wiki/Onda_de_radiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Sonidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Luzhttp://es.wikipedia.org/wiki/Onda_de_radiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Onda_(f%C3%ADsica)


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de ondas de luz de un láser deben finalmente divergir en un rayo más amplio a unadistancia suficiente del emisor.

Polarización: Este concepto e*plica en qué dirección se desplaza el medio. +sí decimos que siel medio se desplaza perpendicularmente a la dirección de la onda, tenemos una onda

polarizada transversalmente. 'al como se e*plica en el caso de ondas transversales, una onda puede tener infinitas polarizaciones, dado que son infinitos los planos que contienen a la rectaque marca la dirección del movimiento de la onda. El fenómeno de la polarización es el quecomprobamos cuando usamos anteojos negros. &os mismos contienen alguna sustancia queact a como filtro, no dejando pasar determinadas direcciones de propagación, eliminando asílos reflejos o el encandilamiento.

http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%A1serhttp://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%A1ser


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9.- ONDAS SONORAS.

Naturaleza

El sonido es una onda mecánica producido por la vibración de un objeto, lamisma que se transmite por medio de compresiones y enrarecimientos delaire, implica variaciones de densidades y presiones.

Propagación:

El sonido (las ondas sonoras) son ondas mecánicas elásticas longitudinalesu ondas de compresión. Eso signifca que:

• Para propagarse precisan de un medio (aire, agua, cuerpo sólido) quetransmita la perturbación (viaja más rápido en los sólidos, luego enlos l quidos, a!n más lento en el aire, y en el vac o no se propaga). Esel propio medio el que produce y propicia la propagación de estasondas con su compresión y e"pansión. Para que pueda comprimirse ye"pandirse es imprescindible que #ste sea un medio elástico , ya queun cuerpo totalmente r gido no permite que las vibraciones setransmitan. $s pues, sin medio elástico no %abr a sonido, ya que lasondas sonoras no se propagan en el vac o.

• $demás, los &uidos sólo pueden transmitir movimientos ondulatoriosen que la vibración de las part culas se da en dirección paralela a lavelocidad de propagación o lo largo de la dirección de propagación.$s los gradientes de presión que acompa'an a la propagación de unaonda sonora se producen en la misma dirección de propagación de la

http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Onda_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Elasticidad_(mec%C3%A1nica_de_s%C3%B3lidos)http://es.wikipedia.org/wiki/Propagaci%C3%B3n_del_sonidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Onda_mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Onda_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Elasticidad_(mec%C3%A1nica_de_s%C3%B3lidos)http://es.wikipedia.org/wiki/Propagaci%C3%B3n_del_sonido


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onda, siendo por tanto #stas un tipo de ondas longitudinales (en lossólidos tambi#n pueden propagarse ondas elásticas transversales).

Velocidad :

• &as diferencias de presión producidas por el sonido no se transmiten con la mismavelocidad en todos los medios. En los sólidos y en los líquidos que tienen sus moléculasmás cerca entre si, la velocidad es mayor. En el aire, cuyas moléculas están muyseparadas la velocidad es menor, pero depende también de la temperatura y de lahumedad. -e ha encontrado e*perimentalmente que por cada grado que sube latemperatura, la velocidad del sonido aumenta en en ,% m/s. &a velocidad del sonidoen el aire a 0 " y $ atmósfera de presión es de 11$ m/s. -i se quiere determinar lavelocidad del sonido en un lugar cualquiera se emplea la siguiente ecuación2 v = (33! "#$" t% &'s donde t es la temperatura ambiente. 3eneralmente se toma como

velocidad promedio del sonido en el aire a una temperatura ambiental de 4 0 " el valor de 15 m/s.

Tipos de ondas sonoras:

as ondas sonoras se dividen en tres grandes grupos:

Infrasonido : corresponde a recuencias in eriores a los *+ - y no sondetectadas por el o do %umano pero pueden producir mareo como en elcaso del movimiento de los barcos.

Sonido audible : es el que puede ser escuc%ado por nuestros o dos y cuyarecuencia está entre *+ y *++++ -.

Ultrasonido : tiene una recuencia superior a los *+ +++ - y no esdetectado por nuestros o dos. En la naturale-a se encuentra que losmurci#lagos y los delfnes se gu an en sus movimientos por emisionesultrasónicas. El ultrasonido tiene muc%as aplicaciones, pero en medicina selo usa e"tensivamente como medio de diagnóstico, sin correr el peligro dee ectos secundarios ya que no utili-a radiaciones ioni-antes.

http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_longitudinalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Onda_longitudinal


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E ER!"!"OS

. /Por qu# la ondas sonoras no se transmiten en el vació0

*. /1ómo se produce una onda electromagn#tica0

2. a velocidad del sonido en el aire es de 23+ m4s, /qu# pasará con lalongitud de onda del sonido si se aumenta su recuencia0

3. /5e qu# actores depende la intensidad I de una onda0

6. /Por qu# podemos escuc%ar al mismo tiempo los diversosinstrumentos de una orquesta sin ónica0

7. 8e tiene dos ondas, una de * cm de amplitud y *++ - de recuenciay otra de 2 cm de amplitud y 6+ - de recuencia. 8i las dos viajanen la misma dirección, /puede producirse inter erencia entre ellas0

9. 5escriba la di erencia entre el in rasonido y el ultrasonido

. /Por qu# el sonido es más lento en el aire que en los sólidos0

;. /Es igual la velocidad del sonido en el aire caliente que en el r o0/Por qu#0

+. E"plique la di erencia entre el tono de vo- de un ni'o del tonode vo- de un %ombre adulto.

. %- y viajan a 2" + m4s. /cuáles son las longitudes de onda de esasse'ales0 En ?= las recuencias van de ,+ =%- a + =%- y viajan ala misma velocidad, /cuáles son las longitudes de onda0

3.


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#$.- !%A&"DADES DE& SON"DO

Tono:

os sonidos pueden ser graves o agudos. Esta caracter stica depende de lafrecuencia. $ una recuencia más baja corresponden sonidos graves. $medida que se aumenta la recuencia el sonido se %ace más agudo. a vo-del %ombre está locali-ada en recuencias bajas y la de la mujer en

recuencias altas. 1omo se anotó, el tono más grave que puede percibir elo do %umano es *+ %- y el más agudo, *+ +++ %-.

Timbre:

Es la orma caracter stica de oscilar de cada instrumento, lo que nospermite distinguir el sonido del viol n, del sonido del piano o de la trompeta.1uando vibra un instrumento no solo vibra con la recuencia undamentalsino con otras recuencias adicionales que toman el nombre de armónicos,

ormando de este modo el sonido propio de cada instrumento.

Intensidad:

a intensidad del sonido depende de la intensidad de la onda que loproduce y se defne, seg!n lo visto anteriormente, como la energ a quetransporta una onda por unidad de tiempo a trav#s de una unidad de área.Btra orma apro"imada de medir la intensidad del sonido es e"presarla en

unción de la potencia media y del área, tomando en cuanta que el área eneste caso es el área de una es era ya que el sonido se transmite en todas

direcciones. Esto puede e"presarse con la siguiente ecuación:

45 r P

I π

=

porlo que la potencia se e"presa en vatios4metro * (C4m *).


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Nivel de intensidad:

1omo el o do %umano es capa- de percibir una amplia gama deintensidades, se %a convenido en medir los niveles de intensidad del sonidoen decibeles (dD) que se obtienen de la siguiente ecuación de los niveles de

intensidad ( β ):o I

I d log$.! =β β

( . ) donde I es la intensidad del sonido quese desea medir en C4m * e o es el umbral de audición cuyo valor es de + F *

C4m * . $ continuación se da una tabla de diversas intensidades de sonidos.

$ *+ dD se tiene el umbral de dolor producido por sonidos sumamenteuertes como los de las discotecas.

Entonces, los umbrales de intensidad son: m nimo: + F * G4m *, má"imo: G4m *, que corresponden, en nivel de intensidad a + db y *+ db,respectivamente.

EHEI1 1 B8

$. 6"uál es el nivel de intensidad de un sonido que tiene una intensidad de 5 * $ 78

9/m 4:4. &a intensidad de un sonido es % * $ 7; 9/m 4, 6cuál es el nivel de intensidad:1. 6"uál es la intensidad de un sonido de 5 db:


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5. "alcule las intensidades correspondientes para sonidos de $ * $ 7% 9/m 4, 4 * $ 7%

9/m 4, 1 * $ 7% 9/m 4.8. "alcule las intensidades correspondientes a los sonidos de $ db, 4 db, 1 db.%. . db/Bm) calcule el nivel de intensidad teórica y real a b! $ Bm y c! 8 Bm dedistancia del avión.


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11.- Efecto Doppler:

?ig.

Es una e"periencia com!n que cuando una ambulancia se acerca a unobservador que está en reposo, parece que el sonido de la sirena aumentasu recuencia y cuando se aleja disminuye la recuencia, ?ig. . . Estavariación de la recuencia debido al movimiento de la uente sonora, se loconoce como efecto Doppler. En medicina se lo emplea para el estudiodinámico de los &ujos sangu neos.

Para el cálculo de las nuevas recuencias se debe tomar en cuenta doscasos di erentes: a) cuando la uente sonora está en movimiento y el

observador en reposo, la ecuación es la siguiente:

ee

o f vvv

f

=

( .;)donde f o es la recuencia que escuc%a el observador, v la velocidad delsonido en el aire (23+ m4s), v e la velocidad de la uente emisora y f e la

recuencia del emisor. 8e utili-a el signo menos cuando la uente se está


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acercando y el signo mas cuando se está alejandoJ b) cuando el observadorse mueve y la uente emisora está en reposo, la ecuación es la siguiente:

eo

o f vvv

f

±=

. ( . +)8i se mueven la uente y el observador acercándose el uno al otro, la

ecuación correspondiente es la siguiente:e

oeo vv

vv f f

−+=

( , )

En medicina, para medir el &ujo arterial se usa un transductor que emite ypuede recibir ultrasonidos que son re&ejados por los eritrocitos en eltorrente sangu neo, como se indica en el gráfco adjunto ?ig. .;

?ig. .;

Corrimiento Doppler

a di erencia Δf entre la recuencia del transductor f t y la que llega tras la

re&e"ión

C

t f está dada por:

Φ=∆

vv

f f et cos4

( . *) donde v e es la

velocidad de los eritrocitos móviles, v la velocidad del sonido en la sangre( 6++ m4s) y K el ángulo ormado entre el transductor y la dirección del&ujo sangu neo que debe ser lo más peque'o posible, con lo cual el valordel cos Φ será apro"imadamente de uno.

EHEI1 1 B8


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. 1ambia la velocidad del sonido en el e ecto 5oppler0 E"plique surespuesta.

2. Un automóvil que tiene una velocidad de 20 m/s hace sonar continuamentesu bocina cuando pasa frente de un observador fijo en la acera. Si el sonidotiene una frecuencia de 400 Hz la velocidad del sonido en ese momentoes !"0 m/s# $qu% descenso de frecuencia percibir& el observador'

!. Una fuente en reposo emite un sonido de (000 hz que se refleja en unasuperficie móvil que se acerca a la fuente con una rapidez de " m/s. $)u%frecuencia recibe la pared' $qu% frecuencia reflejada recibe un observador que est& junto a la fuente' $*u&l es la frecuencia de pulsación'

4. Se diri+en ondas sonoras con la frecuencia de ( , (0 - hz hacia el pecho deun feto# viajan a una velocidad de (#" , (0 ! m/s en el or+anismo. $*u&lser& el corrimiento oppler esperado si el pecho de un feto normal semueve con 0#(0 m/s de velocidad m&,ima'

". Una de las t%cnicas para determinar el flujo san+u neo en un vasosuperficial consiste en medir el corrimiento oppler de ultrasonidos. n unade esas determinaciones se detecta un corrimiento oppler de (00 hz enun instrumento que tiene una frecuencia de " , (0 - hz. $*u&l es el valor dela velocidad media de la san+re que circula por el vaso' *onsidere que lavelocidad del sonido en la san+re es ("00 m/s.

#'.- E& O"DO (%)ANO

!ONS%&TA * E+POS"!",N DE:

A.- )E!AN"S)O DE &A A%D"!",N E (" "ENE DE& O"DO (%)ANO

.- &A !ONTA)"NA!",N A!/ST"!A.


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