Ondas Sismicas.

Ondas Sísmicas.

Las ondas sísmicas son un tipo de onda elástica fuerte en la propagación de perturbaciones temporales del campo de tensiones que generan pequeños movimientos en las placas tectónicas.

Las ondas sísmicas pueden ser generadas por movimientos telúricos naturales, los más grandes de los cuales pueden causar daños en zonas donde hay asentamientos urbanos. Existe toda una rama de la sismología, que se encarga del estudio de este tipo de fenómenos físicos. Las ondas sísmicas pueden ser generadas también artificialmente como por ejemplo el uso de explosivos o camiones (vibroseis). La sísmica es la rama de la sismología que estudia estas ondas artificiales.

Tipos de ondas sísmicas.

Hay dos tipos de ondas sísmicas: las ondas internas (o de cuerpo) y las ondas superficiales. Existen otros modos de propagación de ondas, pero son de importancia relativamente menor para las ondas producidas en la Tierra, a pesar de que son importantes en el campo de la astro sismología, especialmente en la helio sismología.

Ondas internas

Las ondas internas viajan a través del interior. Siguen caminos curvos debido a la variada densidad y composición del interior de la Tierra. Este efecto es similar al de refracción de ondas de luz. Las ondas internas transmiten los temblores preliminares de un terremoto pero poseen poco poder destructivo. Las ondas internas son divididas en dos grupos: ondas primarias (P) y secundarias (S).

Ondas P

Onda P plana longitudinal.

Las ondas P (primarias o primae del verbo griego) son ondas longitudinales o compresionales, lo cual significa que el suelo es alternadamente comprimido y dilatado en la dirección de la propagación. Estas ondas generalmente viajan a una velocidad 1.73 veces más que la de las ondas S y pueden viajar a través de cualquier tipo de material líquido o sólido. Velocidades típicas son 1450 m/s en el agua y cerca de 5000 m/s en el granito.

En un medio isótropo y homogéneo la velocidad de propagación de las ondas P es:

${\displaystyle v_{p}={\sqrt {\frac {K+{\frac {4}{3}}\mu }{\rho }}}}$

donde K es el módulo de compresibilidad, ${\displaystyle \mu }$ es el módulo de corte o rigidez y ${\displaystyle \rho }$ la densidad del material a través del cual se propaga la onda mecánica. De estos tres parámetros, la densidad es la que presenta menor variación por lo que la velocidad está principalmente determinada por K y μ.

Ondas P de segunda especie

De acuerdo a la teoría de Biot, en el caso de medios porosos saturados por un fluido, las perturbaciones sísmicas se propagarán en forma de una onda rotacional (Onda S) y dos compresionales. Las dos ondas compresionales se suelen denominar como ondas P de primera y segunda especie. Las ondas de presión de primera especie corresponden a un movimiento del fluido y del sólido en fase, mientras que para las ondas de segunda especie el movimiento del sólido y del fluido se produce fuera de fase. Biot demuestra que las ondas de segunda especie se propagan a velocidades menores que las de primera especie, por lo que se las suele denominar ondas lenta y rápida de Biot, respectivamente. Las ondas lentas son de naturaleza disipativa y su amplitud decae rápidamente con la distancia desde la fuente.​

Ondas S

Onda de corte Plana.

Las ondas S (secundarias o secundae) son ondas en las cuales el desplazamiento es transversal a la dirección de propagación. Su velocidad es menor que la de las ondas primarias. Debido a ello, estas aparecen en el terreno algo después que las primeras. Estas ondas son las que generan las oscilaciones durante el movimiento sísmico y las que producen la mayor parte de los daños. Solo se trasladan a través de elementos sólidos. tiene una velocidad aproximada de 4 a 7 km/segundo.

La velocidad de propagación de las ondas S en medios isótropos y homogéneos depende del módulo de corte ${\displaystyle \mu }$ y de la densidad ${\displaystyle \rho }$ del material.

${\displaystyle v_{s}={\sqrt {\frac {\mu }{\rho }}}}$

Ondas superficiales

Cuando las ondas internas llegan a la superficie, se generan las ondas L , que se propagan por la superficie de discontinuidad de la interfase de la superficie terrestre (tierra-aire y tierra-agua). Son las causantes de los daños producidos por los sismos en las construcciones. Estas ondas son las que poseen menor velocidad de propagación a comparación de las otras dos.

Oscilaciones libres

Se producen únicamente mediante terremotos muy fuertes o de gran intensidad y pueden definirse como vibraciones de la Tierra en su totalidad.

Ondas de Love

Artículo principal: Ondas de Love

Las ondas de Love son ondas superficiales que producen un movimiento horizontal de corte en superficie. Se denominan así en honor al matemático Augustus Edward Hough Love del Reino Unido, quien desarrolló un modelo matemático de estas ondas en 1911. La velocidad de las ondas Love es un 90% de la velocidad de las ondas S y es ligeramente superior a la velocidad de las ondas Rayleigh. Estas ondas solo se propagan por las superficies, es decir, por el límite entre zonas o niveles, por ejemplo la superficie del terreno o la discontinuidad de Mohorovičić.

Imagen de ondas Rayleigh.

Ondas de Rayleigh

Artículo principal: Ondas de Rayleigh

Las ondas Rayleigh (erróneamente llamadas Raleigh), también denominadas ground roll, son ondas superficiales que producen un movimiento elíptico retrógrado del suelo. La existencia de estas ondas fue predicha por John William Strutt, Lord Rayleigh, en 1885. Son ondas más lentas que las ondas internas y su velocidad de propagación es casi un 90% de la velocidad de las ondas S.
Utilidad de las ondas sísmicas

Las ondas sísmicas se utilizan en la exploración petrolífera y son generadas de diferentes formas:

1. Minisismos generados por dinamita colocada en un pozo creado que pueden variar sólo unas decenas de metros de profundidad.
2. Minisismos generados con un cable explosivo llamado geoflex.
3. Minisismos generados por vehículos llamados vibradores, éstos son vehículos de varias toneladas de peso que tienen una plataforma de unos 3 por 4 metros de área, y con un sistema electrónico, eléctrico y mecánico-hidráulico.

También pueden usarse para estudiar los diferentes materiales del interior de la tierra, (sean líquidos, o sólidos, incluso el soso de las capas) gracias a las variaciones de velocidad de las P en función de la rigidez o al atravesar medios líquidos, y de la pérdida de las S al entrar en contacto con medios líquidos (piedras fruncidas, etc).

Frecuencias y Tipos de Antenas a Utilizar.

Tipos de Antena para diferentes Frecuencias.

Los estaciones de FM (Frecuencia Modulada) y TV (televisión) utilizan las bandas conocidas como VHF (Very High Frequency) y UHF (Ultra High Frequency) localizadas de los 30 MHz a los 300 MHz y de los 300 MHz a los 900 MHz, este tipo de señales debido a que no son reflejadas por la ionosfera cubren distancias cortas, una ciudad por ejemplo. La ventaja de usar este tipo de bandas de frecuencias para comunicaciones locales permite que docenas de estaciones de radio FM y televisoras " en ciudades diferentes " puedan usar frecuencias idénticas sin causar interferencia entre ellas.

Espectro electromagnético
Banda	Significado	Rango de Frecuencias	Servicios
VLF	Very Low Frequency	3 kHz - 30 kHz	Conducción de electricidad
LF	Low Frequency	30 kHz - 300 kHz	Conducción de electricidad, navegación marítima, control de tráfico aéreo
MF	Medium Frequency	300 kHz - 3 MHz	Radio AM
HF	High Frequency	3 MHz - 30 MHz	Radio SW
VHF	Very High Frequency	30 MHz - 300 MHz	Radio FM, TV, radio dos vías
UHF	Ultra High Frequency	300 MHz - 3 GHz	TV UHF, telefonía celular, WLL, comunicaciones móviles
SHF	Super High Frequency	3 GHz - 30 GHz	Servicios por Satélite y microondas, MMDS, LMDS
EHF	Extremely High Frequency	30 GHz en adelante	LMDS
Infrarojo		3 x 1012 - 4.3 x 1014 Hz	WPANs
Luz visible		4.3 x 1014 - 7.5 x 1014 Hz	Fibras ópticas
Ultravioleta		7.5 x 1014 - 3 x 1017 Hz
1 kHz = 1x103 Hz 1 MHz = 1x106 Hz 1 GHz = 1x109 Hz WLL = Wireless Local Loop MMDS = Multichannel Multipoint Distribution Service LMDS= Local Multipoint Distribution Service WPANs = Wireless Personal Area Networks

Tipos de Antenas

El tipo de la antena determina su patrón de radiación puede ser omnidireccional, bidireccional, o unidireccional.

• Las antenas Omnidireccionales son buenas para cubrir áreas grandes, la cual la radiación trata de ser pareja para todos lados es decir cubre 360º .
• Las antenas Direccionales son las mejores en una conexión Punto-a-Punto, acoplamientos entre los edificios, o para los Clientes de una antena omnidireccional.

A continuación se muestran algunos ejemplos:

Antena Omnidireccional.

Monopolo Vertical

Es una antena constituida de un solo brazo rectilíneo irradiante en posición vertical. Podemos ver una antena vertical con Ganancias de 3 dBi hasta 17 dBi.

• El uso en VHF es principalmente para las aplicaciones de radio móvil en vehículos.
• En Monopolos de ¼ de onda: la impedancia de la antena es de 36 ohmios

 Dipolo

• Usada en frecuencias arriba de 2MHz
• Ganancia baja: 2.2 dBi
• Angulo de radiación ancho
• En el espacio ideal, la impedancia del dipolo simple es de 73 Ohm.

Antenas Direccionales

Yagi


Antena constituida por varios elementos paralelos y coplanarios, directores, activos y reflectores.

• Utilizada ampliamente en la recepción de señales televisivas, comúnmente en frecuencias de 30Mhz y 3Ghz, (canal 2 al canal 6 de 50MHz a 86 MHz).
• Ganancia elevada: 8-15 dBi
• Para el servicio 802.11 pueden tener ganancias entre el dBi 12 y 18. Manejan una impedancia de 50 a 75 Ohms
• Desventajas: Direccionarlas en la posición correcta no son tan difícil como una antena parabólica, pero aun así puede llegar a ser difícil.

Parabolica
Antena provista de un reflector metálico, de forma parabólica, esférica o de bocina, que limita las radiaciones a un cierto espacio, concentrando la potencia de las ondas.

• Se utiliza especialmente para la transmisión y recepción vía satélite.
• Ganancia alta: 12-25 dBi
• Directividad alta
• Ángulo de radiación bajo

Infrarrojo
Los enlaces infrarrojos se encuentran limitados por el espacio y los obstáculos. El hecho de que la longitud de onda de los rayos infrarrojos sea tan pequeña (850-900 nm), hace que no pueda propagarse de la misma forma en que lo hacen las señales de radio.




Panel o 'Patch Antenna'

• Panel o .parche. metálico radiante sobre un plano de tierra metálico.
• Normalmente planas, en encapsulado de PVC.
• Ganancia media-elevada: 5-20 dBi
• Directividad moderada
• Ángulo de radiación medio

Helicoidal (modo axial)

• Hilo conductor bobinado sobre un soporte rígido. Detrás plano de tierra.
• Ganancia media-elevada: 6-18 dBi
• Directividad moderada
• Ángulo de radiación medio

Microondas terrestres

• Microondas: rango de frecuencias comprendido entre 2 GHz y 40 GHz
• Son altamente direccionales
•  Requieren antenas parabólicas en la recepción
•  Las antenas han de estar muy altas para evitar obstáculos
• Constituyen una alternativa al cable coaxial y a la fibra óptica para comunicaciones a larga distancia
• Otras aplicaciones
• Transmisión de televisión y voz

Microondas por satélite

	Se usa un rango de frecuencias entre 1GHz a 50 Ghz
	Los satélites
	Reciben una señal terrestre
	La señal es amplificada o repetida
	Envían la señal a uno o varios receptores terrestres
	Los satélites han de tener órbita geoestacionaria
	A una distancia de 35,784 km
	Se producen retardos en las comunicaciones
	Aplicaciones
	Televisión, telefonía a larga distancia, redes privadas

Parametros de una Antena.

Guillermo Marconi.

Guillermo Marconi.

Guillermo Marconi (en italiano, Guglielmo Marconi; Bolonia, 25 de abril de 1874-Roma, 20 de julio de 1937) fue un ingeniero electrónico, empresario e inventor italiano, conocido como uno de los más destacados impulsores de la radiotransmisión a larga distancia, por el establecimiento de la ley de Marconi, así como por el desarrollo de un sistema de telegrafía sin hilos (TSH) o radiotelegrafía.
Algunas veces es acreditado como el inventor de la radio,​ y compartió en 1909 el Premio Nobel de Física junto a Carl Ferdinand Braun en reconocimiento a sus contribuciones en el desarrollo de la telegrafía inalámbrica​ sin embargo en 1943 la Corte Suprema de EEUU retiró la patente y reconoció a Tesla como único inventor de la radio.
Fue también uno de los inventores más reconocidos y, además del Premio Nobel, recibió la Medalla Franklin, fue presidente de la Accademia Nazionale dei Lincei y el rey Víctor Manuel III de Italia le nombró marqués, con lo que pasó a recibir el trato de «Ilustrísimo Señor». Además, está incluido en el Salón de la fama del museo de Telecomunicaciones y Difusión de Chicago, y en su honor la Asociación Nacional de Radiodifusión de los Estados Unidos entrega anualmente los premios NAB Marconi Radio Awards.

Biografía

Segundo hijo de Giuseppe Marconi, terrateniente italiano, y su esposa de origen irlandés Annie Jameson, estudió en la Universidad de Bolonia. Fue allí donde llevó a cabo los primeros experimentos acerca del empleo de ondas electromagnéticas para la comunicación telegráfica. En 1896 los resultados de estos experimentos se aplicaron en Gran Bretaña, entre Penarth y Weston, y en 1898 en el arsenal naval italiano de La Spezia. A petición del gobierno de Francia, en 1899 hizo una demostración práctica de sus descubrimientos, y estableció comunicaciones inalámbricas a través del canal de la Mancha, entre Dover y Wimereux.
Patentó la radio, aunque solo en un país y utilizando para su realización diecisiete patentes de Nikola Tesla, fechadas el 2 de julio de 1897 en el Reino Unido. En años posteriores dicha paternidad fue disputada por varias personas. De hecho, otros países, tales como Francia o Rusia rechazaron reconocer la patente por dicha invención, refiriéndose a las publicaciones de Alexander Popov publicadas anteriormente.

Atraído por la idea de transmitir ondas de radio a través de Atlántico, marchó a Saint John's (Terranova), donde, el 12 de diciembre de 1901 recibió la letra «S» en Código Morse, transmitida por encargo suyo desde Poldhu (Cornualles) por uno de sus ayudantes, a través de 3360 km de océano. No obstante, la primera comunicación transatlántica completa no se hizo hasta 1907. Reginald Aubrey Fessenden ya había transmitido la voz humana con ondas de radio el 23 de diciembre de 1900.
En 1903 estableció en los Estados Unidos la estación WCC, para transmitir mensajes de este a oeste, en cuya inauguración cruzaron mensajes de salutación el presidente Theodore Roosevelt y el rey Eduardo VII del Reino Unido. En 1904 llegó a un acuerdo con la Oficina de Correos británica para la transmisión comercial de mensajes por radio. Ese mismo año puso en marcha el primer periódico oceánico a bordo de los buques de la línea Cunard, que recibía las noticias por radio.

Su nombre se volvió mundialmente famoso a consecuencia del papel que tuvo la radio al salvar cientos de vidas con ocasión de los desastres del Republic (1909) y del Titanic (1912).
El valor de la radio en la guerra se demostró por primera vez durante la guerra ítalo-turca de 1911. Con la entrada de Italia en la I Guerra Mundial en 1915, fue designado responsable de las comunicaciones inalámbricas para todas las fuerzas armadas, y visitó los Estados Unidos en 1917 como miembro de la delegación italiana.
Tras la guerra pasó varios años trabajando en su yate, Elettra, preparado como laboratorio, en experimentos relativos a la conducción de onda corta y probando la transmisión inalámbrica dirigida.
Obtuvo, en 1909, el premio Nobel de Física, que compartió con Karl Ferdinand Braun. Fue nombrado miembro vitalicio del Senado del Reino de Italia en 1918 y en 1929 recibió el título de marqués. Se cree que Nikola Tesla rechazó el premio Nobel porque decía precisamente que Marconi había tomado patentes suyas para hacer su invento, y que hasta que le retirasen el premio a Marconi él no lo aceptaría. Historia que es rechazada por la fundacion Nobel, ya que no hay registro de cartas donde demuestre este hecho.
La Radio Vaticana fue fundada por Guillermo Marconi e inaugurada por Pío XI(con el mensaje radial Qui arcano Dei) el 12 de febrero de 1931.

Heinrich Rudolf Hertz.

Heinrich Rudolf Hertz.

Heinrich Rudolf Hertz (Hamburgo, Confederación Germánica, 22 de febrero de 1857-Bonn, Imperio alemán, 1 de enero de 1894) fue un físico alemán que descubrió el efecto fotoeléctrico, la propagación de las ondas electromagnéticas y las formas para producirlas y detectarlas. La unidad de medida de la frecuencia, el hercio («Hertz», en la mayoría de los idiomas), lleva ese nombre en su honor.

Infancia y juventud

Pertenecía a una familia de origen judío que se había convertido al cristianismo en 1838.​ Su padre era consejero en la ciudad de Hamburgo. Ya en su infancia demostró tener unas capacidades fuera de lo común, pues se sabe que leía a los clásicos en versión original (Platón y tragedias griegas). También leía árabe, y su madre presumía que siempre era el primero de la clase.​ No obstante, a pesar de su demostrada capacidad para los estudios, era también muy aficionado a las actividades prácticas, como la carpintería y el torno, donde también destacaba por su habilidad. Una anécdota refiere cómo un artesano que le estaba enseñando a usar el torno exclamó, al enterarse de su nominación a la cátedra: «¡Una lástima, porque este chico habría llegado a ser un buen tornero!».

Carrera

Este gusto por las cuestiones prácticas influyó en su posterior decisión de dedicarse a la ingeniería en Dresde, Alemania. Su pasión, reconocida por él mismo, era la física, así que se desplazó hasta Berlín para estudiarla con Gustav Kirchoff y con otros. Con una tesis acerca de la rotación de esferas en un campo magnético, obtuvo su doctorado en 1880, a los 23 años, y continuó como alumno de Hermann von Helmholtz hasta 1883, cuando lo nombraron profesor de física teórica en la Universidad de Kiel. En 1885, se trasladó a la Universidad de Karlsruhe, donde descubrió la forma de producir y detectar ondas electromagnéticas, las que veinte años antes habían sido predichas por James Clerk Maxwell.
A partir del experimento de Albert Abraham Michelson en 1881 (precursor del experimento de Michelson y Morley, en 1887), con el que se refutó la existencia del éter, Hertz reformuló las ecuaciones de Maxwell para tomar en cuenta el nuevo descubrimiento. Demostró experimentalmente que las ondas electromagnéticas pueden viajar a través del aire libre y del vacío, como habían predicho James Clerk Maxwell y Michael Faraday, construyendo él mismo en su laboratorio un emisor y un receptor de ondas. Para el emisor, usó un oscilador, y para el receptor, un resonador. De la misma forma, calculó la velocidad de desplazamiento de las ondas en el aire y se acercó mucho al valor establecido por Maxwell, de 300 000 km/s. Se centró en consideraciones teóricas y dejó a otros las aplicaciones prácticas de sus descubrimientos.​ Guglielmo Marconi usó un artículo de Hertz para construir un emisor de radio, así como Aleksandr Stepánovich Popov hizo lo propio con su cohesor, aparato que adaptó mediante los descubrimientos de Hertz, para el registro de tormentas eléctricas.

También descubrió el efecto fotoeléctrico (explicado más adelante por Albert Einstein) cuando notó que un objeto cargado pierde su carga más fácilmente al ser iluminado por la luz ultravioleta.