Las Ondas Imprimir

¿Qué es onda? Son perturbaciones que se producen en un medio material y que se propagan al transcurrir el tiempo. CLASES DE ONDA Las ondas se clasifican en dos formas: 1. Atendiendo al Medio de Propagación: las ondas pueden ser mecánicas y electromagnéticas. Las ondas mecánicas requieren un medio natural o elástico que vibre; por ejemplo, las ondas en el agua y en la cuerda. Las ondas electromagnéticas no necesitan un medio material para propagarse, se propagan en el vacío. El calor del Sol nos llega a través de estas ondas. También las ondas de las estaciones de radio y televisión. 2. Atendiendo a la Dirección de Propagación: estas ondas pueden ser transversales y longitudinales. ONDAS TRANSVERSALES Las ondas transversales son aquellas en las que las partículas del medio vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda. Cuando producimos una onda en una cuerda, ésta avanza hasta llegar al otro extremo, cada punto del medio al ser alcanzado vibra, de forma tal que sube y baja, pero sin avanzar, sólo se mueven perpendicularmente al movimiento de la onda. ONDAS LONGITUDINALES Las ondas longitudinales las podemos observar con mayor y mejor facilidad en un resorte, pues cuando éste se deforma y es liberado, se produce una vibración y las partículas del medio se mueven en la misma dirección de propagación (resorte). ELEMENTOS DE UNA ONDA Los elementos de una onda son los siguientes: la cresta, el valle, el nodo, la longitud de onda y la amplitud. En las ondas transversales se presentan la cresta y el valle. La cresta es el punto que ocupa la posición mas alta en una onda y el valle es el punto más bajo de la onda. El nodo es el punto del medio material que no tiene desplazamiento vertical, es decir, no tiene amplitud; en la figura anterior el punto C es el nodo. La longitud de onda es la distancia entre dos crestas consecutivas de una misma onda o entre dos valles consecutivos; generalmente, la longitud de onda se considera como la distancia entre dos puntos que están en el mismo estado de vibración. LA AMPLITUD Cuando tú mantienes tensa una cuerda que está sujeta por el otro extremo, esta cuerda está en equilibrio. Si le comunicas un impulso hacia arriba, se produce una onda, porque se origina una separación en la parte que está más próxima a sus manos. La preparación entre su posición de equilibrio y su máxima altura es la amplitud (A). PERIODO Y FRECUENCIA •

El período: cuando producimos ondas en sucesivos impulsos hacia arriba y hacia abajo, las ondas formadas viajan. El tiempo que se toma una onda en pasar por un punto del medio material perturbado es lo que constituye el período.

•

La Frecuencia: si por el contrario controlamos el número de ondas que pasan por un punto en la unidad de tiempo, entonces nos referimos a la frecuencia. Tanto el período como la frecuencia se pueden expresar de la siguiente manera:

, esto quiere decir, que el período y la frecuencia son inversos.

PERIODO Y FRECUENCIA Hay ondas que no necesitan un medio material para propagarse (agua, cuerda, resorte) y se propagan con facilidad, tal es el caso de las ondas electromagnéticas. Sin embargo, las ondas electromagnéticas se desplazan gracias al desplazamiento de dos cambios a la vez, el campo eléctrico y el magnético. Este tipo de onda electromagnética es la que utilizan las estaciones de radio y televisión. El calor nos llega desde el Sol gracias a las ondas electromagnéticas, ya que éstas atraviesan el espacio vacío. EL SONIDO Un ejemplo de una onda mecánica lo es el sonido. Cuando una fuente produce un sonido, éste se propaga gracias al medio material. El tipo de onda al que pertenece el sonido es el transversal, ya que las partículas del medio alcanzadas por el sonido se mueven en forma vertical; la oscilación de la partícula nos permite afirmar que el movimiento es periódico. El sonido es una vibración de una fuente; por ejemplo, si cuando hablamos nos colocamos suavemente las yemas de los dedos en la parte externa de la garganta notamos una sensación de vibración. Elementos de una onda •

Cresta: es un punto que está ubicado en la parte superior de la onda.

•

Valle: es un punto que está ubicado en la parte baja de la onda.

c) Nodo: es un punto en reposo. d) Amplitud: es el desplazamiento máximo con respecto a la posición de equilibrio. La cantidad de energía en una onda depende la amplitud. •

Longitud de onda: distancia horizontal entre puntos correspondientes en ondas consecutivas. Se mide en metros.

Cresta Longitud de onda Amplitud Nodo Nodo Valle Significado de Periodo, Frecuencia y Velocidad •

Período: es el tiempo que emplea una onda completa al pasar por un punto determinado. La frecuencia de la onda determina su período.

•

Frecuencia: es el número de largos de onda (números de ondas) que pasan por un punto en un segundo. La frecuencia se mide en hertz.

•

Velocidad (de propagación): esta se determina multiplicando la frecuencia con la longitud de onda, ya que al pasar una onda con cierta longitud por un punto determinado, podremos sacar su velocidad.

Las unidades en que se mide •

Longitud de onda: se mide en metros.

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Período: se mide en segundos.

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Frecuencia: su unidad es hertz.

•

Velocidad: su unidad es m/s.

La fórmula para calcular la velocidad (V) de propagación de una onda en función de su longitud de onda y el período. V = f x longitud de onda y Período = 1/f Entonces: T = 1/f

F = 1/T Si f es 1/T tenemos lo siguiente: V = f x longitud de onda V = 1/T x longitud de onda V = longitud de onda/período -amplitud -elongación -cresta -valle -nodo ¿QUÉ ES UNA ONDA? ANTES de proseguir con nuestra narración revisaremos el concepto de onda, que será de mucha importancia. Imaginemos una cuerda que está fija en uno de sus extremos a una pared (Figura 16) y que la sostenemos con la mano en su otro extremo. En el instante inicial la cuerda está en reposo y en posición horizontal. Ahora subamos la mano; al hacerlo moveremos la parte AB de la cuerda. En un instante posterior la porción BC de la cuerda empezará a subir. Posteriormente, CD empezará a subir y después, DE también lo hará, y así sucesivamente. De hecho, cuando la parte AB sube arrastra hacia arriba la porción BC; al subir BC arrastra a su vez hacia arriba a CD, etc. Es decir, al moverse cada parte de la cuerda arrastra la porción que está a su lado. En todo esto hay que darse cuenta de que nuestra mano solamente movió la porción AB; nuestra mano NO movió las porciones BC, CD, DE, etc. De hecho, ni siquiera las ha tocado. Figura 16. Al perturbar la cuerda en el punto A los demás puntos de la cuerda llegan a perturbarse. Esta perturbación es una onda. Podemos decir que nuestra mano sacó a la cuerda de su posición de equilibrio, que es la horizontal; o sea, nuestra mano perturbó la cuerda, y más específicamente, la parte AB. A su vez, la parte AB perturbó la sección BC; en seguida, la parte BC perturbó la porción CD, etc. Es decir, la perturbación que nuestra mano causó en una parte bien precisa de la cuerda se ha ido propagando al resto de ella. Esta propagación de la perturbación es una onda. La perturbación que generó nuestra mano se propagó a lo largo de la cuerda. Se dice que la cuerda es el medio en el que se propaga la onda así generada. En general, una onda es una perturbación que se propaga en un medio. Otro ejemplo de creación de una onda ocurre cuando lanzamos una piedra a un estanque de agua. La piedra mueve el agua cuando toca su superficie. En instantes posteriores, partes adyacentes a la porción de agua en que cayó la piedra empiezan a moverse; nótese que estas partes no fueron tocadas por la piedra. Más tarde aún, otras partes del agua que tampoco fueron tocadas por la piedra empiezan también a moverse. La piedra causó una perturbación en el agua y esta perturbación se propagó. Es decir, se creó una onda. En este ejemplo la onda se propagó en el agua, o sea que el agua fue el medio. Otro tipo de onda es el siguiente: consideremos un recipiente con aire en su interior; supongamos que la parte superior del recipiente está cubierta con una membrana elástica que no deja pasar el aire hacia afuera. Ahora apretemos la membrana para comprimir el aire dentro del recipiente. Para empezar, el aire adyacente a la membrana se comprime. Al transcurrir el tiempo esta región deja de estar comprimida, pero el aire que ocupa la región adyacente, dentro del recipiente, se comprime a su vez. De esta forma la compresión se va propagando a lo largo de todas las regiones del aire dentro del recipiente. Es decir, la perturbación que aplicamos al apretar la membrana, que comprimió el aire en la región AB, se fue propagando al resto del aire. Por tanto se generó una onda. En este caso la onda es de compresión del aire y el medio en que se propaga es precisamente el aire.

Otra posibilidad es que en lugar de apretar la membrana la estiremos hacia arriba. En este caso el aire que queda junto a la membrana ocupa un volumen mayor que el que tenía originalmente. Como las cantidades de aire son las mismas, ahora el aire queda diluido, es decir, rarificado. Este efecto es el opuesto al de compresión. Por lo tanto, al estirar la membrana la región adyacente a ella experimenta una rarefacción. En instantes posteriores las diversas regiones del gas se van rarificando. Es decir, la perturbación, que ahora es la rarefacción, se ha propagado en el aire. Es este caso, la onda así creada es de rarefacción. También se puede generar una onda en que se propague tanto una compresión como una rarefacción. En efecto, supóngase que primero empujamos y luego jalamos la membrana. Al empujar comprimimos el aire y al jalar lo rarificamos. Lo que ocurre es lo siguiente: en primer lugar, la región adyacente a la membrana se comprime. Posteriormente, la región adyacente a la anterior se comprime. Si ahora la membrana se jala, entonces la región adyacente a la membrana se rarifica. Estas compresiones y rarefacciones se van propagando en el gas. De esta manera se ha generado una onda de compresión y de rarefacción. El sonido es justamente este tipo de onda. Cuando hablamos emitimos sonidos. Nuestra garganta, a través de las cuerdas vocales perturba el aire que está a su alrededor comprimiéndolo y rarificándolo. Estas perturbaciones se propagan a través de la atmósfera que nos rodea, constituyendo una onda de sonido. Cuando se toca algún instrumento musical lo que se está haciendo efectivamente es hacerlo vibrar. Por ejemplo, al tocar un violín se hace vibrar la cuerda con el arco; ésta a su vez hace vibrar el cuerpo de violín. Al vibrar la madera de que está hecho, el violín comprime y rarifica al aire que está junto a él. Estas perturbaciones se propagan y forman un sonido. Lo mismo ocurre con cualquier otro instrumento musical. Cuando un objeto se rompe o choca con algún cuerpo, perturba el aire que está a su alrededor y genera una onda sonora. Las ondas de compresión y rarefacción se propagan no solamente en el aire sino en cualquier otra sustancia. Es claro que para que esta onda se propague la sustancia debe poder comprimirse y rarificarse. Esto ocurre con cualquier sustancia, unas en mayor grado y otras en menor grado. Por tanto, una onda sonora se propaga en un medio, por ejemplo el agua, un sólido como el hierro, etcétera. Si no hay medio entonces una onda no se propaga; así, no puede propagarse en una región en que no haya nada, en el vacío. Por ejemplo, en la Luna no hay atmósfera, es decir, no hay aire y por tanto no se propaga el sonido. Una característica de una onda es la longitud de onda, denotada por l (Figura 17). Esta cantidad es la distancia entre dos máximos sucesivos de la onda. La longitud de onda se mide en metros, centímetros, kilómetros, etcétera. Figura 17. La longitud de onda es la distancia entre dos máximos sucesivos. Otra característica de una onda es su frecuencia, denotada por f, que es el número de ciclos que se repite en un segundo. La unidad de la frecuencia es el ciclo/segundo que se llama hertz (abreviado Hz). Hay una relación entre la longitud y la frecuencia de una onda; en efecto, resulta que su producto es igual a la velocidad v con que se propaga la onda. f

=

En vista de que en un medio dado la velocidad v es una cantidad constante, si la frecuencia f aumenta, para que el producto (f ) sea constante, necesariamente la longitud de onda debe disminuir, e inversamente. Por lo tanto: e inversamente:

La descripción matemática de la propagación de las ondas arriba descritas se hizo durante la segunda mitad del siglo XVIII y las dos primeras décadas del XIX. Para ello se utilizaron como punto de partida las ecuaciones de la mecánica que Isaac Newton desarrolló. Se obtuvo en cada caso la ecuación que describe la variación de la correspondiente cantidad con respecto a su valor en equilibrio. Así, por ejemplo, en el caso de la cuerda (Figura 16) se obtuvo la ecuación que debe satisfacer el desplazamiento h de la cuerda con respecto a su posición de equilibrio, en cada instante y en cada posición a lo largo de la cuerda. Se encuentra una ecuación que contiene el valor de la velocidad con la que se propaga la onda: depende de la tensión de la cuerda y la densidad de masa. De la misma manera se encontraron las ecuaciones para la propagación de las ondas en el estanque de agua y del sonido, arriba mencionadas. No escribiremos estas ecuaciones. En cada una el valor de la velocidad de propagación de la onda depende de las características mecánicas de los sistemas en cuestión. Resulta que todas las ecuaciones mencionadas tienen la misma estructura matemática. Por este motivo, a una ecuación de este tipo se le llama ecuación de onda. Por supuesto que también se estudió otro tipo de ondas, como por ejemplo las que se propagan en un tambor, etc. En cada caso se encuentra el mismo tipo de ecuación de onda. La única variante entre caso y caso es el valor de la velocidad de propagación de la onda que depende de las propiedades mecánicas particulares del sistema en cuestión. A estas ondas se les llama ondas mecánicas. A principios del siglo XIX se inició también el estudio matemático para obtener las soluciones de las ecuaciones de onda. Propiedades de las ondas • •

Amplitud de una onda: La amplitud de una onda es el desplazamiento máximo desde su posición de equilibrio o de reposo, así una onda con mayor amplitud transfiere más energía. Superposición de ondas: cada onda afecta al medio de manera dependiente y, por tanto, los efectos de tales ondas pueden analizarse mediante el principio de superposición, que establece: El desplazamiento de un medio causado por dos o más ondas es la suma algebraica de los desplazamientos causados por las ondas individuales. El resultado de la superposición de dos o más ondas se denomina interferencia. la interferencia puede ser constructiva o destructiva. la interferencia constructiva

ocurre cuando los desplazamientos de las ondas se encuentran en la misma dirección. el resultado es una onda con una amplitud mayor que cualquiera de las ondas individuales. Es decir cuando tenemos dos pulsos iguales, y estos se encuentran, se forma un pulso mayor. la amplitud del pulso mas grande, es la suma algebraica de las amplitudes de los dos pulsos. luego de que los dos pulsos hayan interferido, recuperan sus forma y tamaño original. los pulsos no varían por su interacción. La interferencia destructiva

•

•

de dos pulsos con amplitudes iguales pero opuestas. A medida que los dos pulsos se superponen, el desplazamiento del medio en cada punto se va reduciendo. cuando los pulsos se encuentran en la misma posición, el desplazamiento es nulo. los pulsos continúan moviéndose y retoman su forma original. Una característica importante de las ondas es su habilidad de pasar una a través de la otra sin cambiar. Si los pulsos tiene amplitudes diferentes, la interferencia destructiva no es completa. El pulso en el momento de su recubrimiento es la suma algebraica de los dos pulsos. Alguna amplitud de onda permanecerá. Reflexión de ondas: Las ondas en la superficie del agua se mueven en dos dimensiones, mientras que las ondas de sonido y las electromagnéticas se mueven en tres dimensiones.La ley de la reflexión se enuncia afirmando que, cuando un rayo de luz, o bien la dirección de propagación de un frente de ondas, se encuentra con una superficie, la onda reflejada lo hará con un ángulo igual que el de la onda incidente, medido desde la perpendicular a la superficie donde se refleja la onda: Refracción: La ley de refracción nos ofrece el ángulo que adopta la propagación de la onda en el segundo medio, medido también respecto a la vertical a la superficie, como se indica en la figura 15.7. Además los rayos de incidencia, reflexión y refracción se encuentran siempre en el mismo plano. La ley que relaciona el ángulo de incidencia con el de refracción se conoce como ley de Snell, que es:

donde y son dos constantes relacionadas con las características de cada medio y que se denominan índice de refracción. Este índice de refracción de un medio resulta ser:

•

en donde se la velocidad de la luz en dicho medio. Se deduce por tanto que para luz en el vacío cuya velocidad es se tendrá que . Difracción: La difracción es un fenómeno característico de las magnitudes ondulatorias, caracterizado por la propagación ``anómala'' de dicha magnitud en las cercanías de un obstáculo o una abertura comparable, en tamaño, a su longitud de onda. En un lenguaje más intuitivo: la difracción supone una contradicción a nuestra idea preconcebida de que la luz se propaga en línea recta, observándose en las cercanías de esquinas de obstáculos, o en los bordes de la sombra de la luz tras atravesar una rendija estrecha, que dicha luz parece ``torcer la esquina'' o desviarse de su trayectoria recta. La difracción es el resultado de una compleja serie de interferencias de las magnitudes ondulatorias consigo mismas. Si en la luz no se observa aparentemente este fenómeno, razón por la cual surge nuestra idea preconcebida de la ``propagación en línea recta de la luz'', es debido a que, como ya se ha dicho antes, este fenómeno aparece sólo cuando el tamaño de los objetos o rendijas es comparable al de la longitud de onda de la propagación. Como en el caso de la luz visible esta longitud es diminuta. en nuestra experiencia macroscópica y cotidiana de la existencia, no tenemos consciencia de estos fenómenos.

Introducción Una

onda

es

una

perturbación

física

que

transmite

energía,

pero

no

transmite

materia.

En las ondas materiales las partículas concretas que componen el material no se propagan, sino que se limitan a oscilar alrededor de su posición de equilibrio. No obstante cuando una onda se transmite por dicho material se produce una sincronización de oscilaciones entre las distintas partículas componentes del medio que posibilita la propagación de un momento lineal y una energía. La ecuación de ondas es: siendo

la amplitud de la onda,

la velocidad angular

el tiempo.

Clases de ondas •

Ondas Mecánicas: Estas son las ondas que nesecitan un medio material para transportarse, como el agua, el aire, el resorte o la cuerda. Hay tres tipos de ondas Mecánicas: • Ondas Transversales: Estas ondas hace que las partículas del medio oscilen perpendicularmente a la dirección de la propagación de la onda. La onda se mueve a lo largo del resorte hacia la derecha, pero el resorte mismo se desplaza hacia arriba y hacia abajo formando ángulos rectos respecto al movimiento de la onda. Las ondas en un piano y en las cuerdas de una guitarra son ejemplos representativos de ondas transversales. • Ondas Longitudinales: Estas Ondas hacen que las partículas del medio se muevan paralelamente a la dirección de propagación de la onda. El desplazamiento del resorte están en la mismo dirección del movimiento de la onda. Un ejemplo de este tipo de ondas es el sonido y la forma en que transmitir algunos fluidos, los gases y los plasmas. • Ondas Superficiales: Estas ondas son una mezcla de ondas longitudinales y transversales. es decir cuando las ondas profundas en un lago o en el océano son longitudinales, pero en la superficie del

•

agua las partículas se mueven tanto paralela como perpendicularmente a la dirección de la onda. Ondas Electromagnéticas: Estas ondas no nesecitan un medio para su movimiento, y viajan a través del espacio con la velocidad de la luz, 299,792,458m/s. Sus características no pueden ser observadas directamente por lo que se estudian las ondas mecánicas, como un modelo para estudiar el comportamiento de las ondas electromagnéticas.

Características mensurables de las ondas: •

Periodo y Frecuencia: El periodo es el intervalo de tiempo más corto durante el cual el mismo movimiento se repite. Frecuencia de una onda, posición fija. La

, es el número de vibraciones completas por segundo medidas en una frecuencia se mide en hertz.

La frecuencia y el periodo de una onda están relacionados por la ecuación: •

•

Longitud de onda: La distancia más corta entre puntos en los cuales el patrón de la onda se repite se denomina Longitud de onda. es decir las crestas, son puntos altos del movimiento ondulatorio, mientras los valles son los puntos bajos. cada cresta está separada una longitud de onda respecto a la siguiente. Los valles también están separados una longitud de onda. la letra griega lambda se emplea para representar la longitud de onda. Velocidad: La velocidad de cualquier objeto es la distancia que se mueve dividida por el intervalo de tiempo. por lo tanto, así, la velocidad se calcula de la ecuación:

El movimiento ondulatorio se mide por la frecuencia, es decir, por el número de ciclos u oscilaciones que tiene por segundo. La unidad de frecuencia es el hertz (Hz), que equivale a un ciclo por segundo. Una onda es una perturbación que avanza o que se propaga en un medio material o incluso en el vacío. A pesar de la naturaleza diversa de las perturbaciones que pueden originarlas, todas las ondas tienen un comportamiento semejante. El sonido es un tipo de onda que se propaga únicamente en presencia de un medio que haga de soporte de la perturbación. 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 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. Independientemente de esta diferenciación, existen ciertas características que son comunes a todas las ondas, cualquiera que sea su naturaleza, y que en conjunto definen el llamado comportamiento ondulatorio, El tipo de movimiento característico de las ondas se denomina movimiento ondulatorio. Su propiedad esencial es que no implica un transporte de materia de un punto a otro. Las partículas constituyentes del medio se desplazan relativamente poco respecto de su posición de equilibrio. Lo que avanza y progresa no son ellas, sino la perturbación que transmiten unas a otras. El movimiento ondulatorio supone únicamente un transporte de energía y de cantidad de movimiento. longitud de una onda es la distancia entre dos crestas consecutivas, en otras palabras describe lo larga que es la onda. La distancia existente entre dos crestas o valles consecutivos es lo que llamamos longitud de onda. Las ondas de agua en el océano, las ondas de aire, y las ondas de radiación electromagnética tienen longitudes de onda. La letra griega "λ" (lambda) se utiliza para representar la longitud de onda en ecuaciones. La longitud de onda es

inversamente proporcional a la frecuencia de la onda. Una longitud de onda larga corresponde a una frecuencia baja, mientras que una longitud de onda corta corresponde a una frecuencia alta. La longitud de onda de las ondas de sonido, en el intervalo que los seres humanos pueden escuchar, oscila entre menos de 2 cm (una pulgada) y aproximadamente 17 metros (56 pies). Las ondas de radiación electromagnética que forman la luz visible tienen longitudes de onda entre 400 nanómetros (luz violeta) y 700 nanómetros (luz roja). En el Sistema Internacional, la unidad de medida de la longitud de onda es el metro, como la de cualquier otra distancia. Dados los órdenes de magnitud de las longitudes de ondas más comunes, por comodidad se suele recurrir a submúltiplos como el milímetro (mm), el micrómetro (μm) y el nanómetro (nm).

Relación con la frecuencia [editar] La longitud de onda λ es inversamente proporcional a la frecuencia f, siendo ésta la frecuencia del movimiento armónico simple de cada una de las partículas del medio. (La longitud de onda no se debe confundir con la frecuencia angular ω).

donde λ es la longitud de onda, c es la velocidad de la onda, y f es la frecuencia. Para la luz y otras ondas electromagnéticas que viajan en el vacío, la constante c vale 299.792.458 m/s (186,282 millas/s) y es la velocidad de la luz. Para las ondas de sonido que se desplazan por el aire, la constante c es aproximadamente 343 m/s (767 millas/hora). Por ejemplo, la luz roja, de frecuencia aproximada 440 THz, tiene ondas de unos 682 nm de longitud:

Definiciones [editar] Una vibración puede ser definida como un movimiento de ida y vuelta alrededor de un punto de referencia. Sin embargo, definir las características necesarias y suficientes que caracterizan un fenómeno como onda es, como mínimo, algo flexible. El término suele ser entendido intuitivamente como el transporte de pertubaciones en el espacio, donde no se considera el espacio como un todo sino como un medio en el que pueden producirse y propagarse dichas perturbaciones a través de él. En una onda, la energía de una vibración se va alejando de la fuente en forma de una perturbación que se propaga en el medio circundante (Hall, 1980: 8). Sin embargo, esta noción es problemática en casos como una onda estacionaria (por ejemplo, una onda en una cuerda bajo ciertas condiciones) donde la energía se propaga en ambas direcciones por igual, o para ondas electromagnéticas/luminosas en el vacío, donde el concepto de medio no puede ser aplicado. Por tales razones, la teoría de ondas se conforma como una característica rama de la física que se ocupa de las propiedades de los fenómenos ondulatorios independientemente de cual sea su origen físico (Ostrovsky y Potapov, 1999). Una peculiaridad de estos fenómenos ondulatorios es que a pesar de que el estudio de sus características no depende del tipo de onda en cuestión, los distintos orígenes físicos que provocan su aparición les confieren propiedades muy particuales que las distinguen de unos fenómenos a otros. Por ejemplo, la acústica se diferencia de la óptica en que las ondas sonoras están relacionadas con aspectos más mecánicos que las ondas electromagnéticas (que son las que gobiernan los fenómenos ópticos). Conceptos tales como masa, cantidad de movimiento, inercia o elasticidad son conceptos importantes para describir procesos de ondas sonoras, a diferencia de en las ópticas, donde estas no tienen una especial relevancia. Por lo tanto, las diferencias en el origen o naturaleza de las ondas producen ciertas propiedades que caracterizan cada onda, manifestando distintos efectos en el medio en que se propagan (por ejemplo, en el caso del aire: vórtices, presión de radiación, ondas de choque, etc. En el caso de los sólidos: Dispersión, etc. Otras propiedades, sin embargo, pueden ser generalizadas a todas las ondas. Por ejemplo, teniendo en cuenta el

origen mecánico de las ondas sonoras, estas pueden propagarse en el espacio-tiempo si y solo si el medio no es infinitamente rígido ni infinitamente flexible. Si todas las partes que constituyen un medio estuvieran rígidamente ligadas podrían vibrar como un todo sin retraso en la transmisión de la vibración y, por lo tanto, sin movimiento ondulatorio (o un movimiento de onda infinitamente rápido). Por otro lado, si todas las partes fueran independientes, no podría haber ninguna transmisión de la vibración y de nuevo, no habría movimiento ondulatorio (o sería infinitamente lento). Aunque lo dicho anteriormente no tiene sentido para ondas que no requieren de un medio, sí muestra una característica relevante a todas las ondas independientemente de su origen: para una misma onda, la fase de una vibración (que es el estado de perturbación en que se encuentra una determinada parte del medio) es diferente para puntos adyacentes en el espacio, ya que la vibración llega a estos en tiempos distintos. De la misma forma, el estudio de procesos ondulatorios de distinta índole pueden permitir la comprensión de los fenómenos propiamente acústicos. Un ejemplo característico es el principio de interferencia de Young (Young, 1802, en Hunt, 1978: 132); la primera vez que apareció este principio fue en los estudios de Young sobre la luz y, dentro de algunos contextos específicos (por ejemplo, la dispersión de sonido a través del sonido), es todavía un aspecto investigado en el estudio de la acústica. Características [editar] A = En aguas profundas. B = En aguas superficiales. El movimiento elíptico de una partícula superficial se vuelve suave con la baja intensidad. 1 = Progresión de la onda 2 = Monte 3 = Valle Las ondas periódicas están caracterizadas por crestas y valles, y usualmente es categorizada como longitudinal o transversal. Una onda transversal son aquellas con las vibraciones perpendiculares a la dirección de propagación de la onda; ejemplos incluyen ondas en una cuerda y ondas electromagnéticas. Ondas longitudinales son aquellas con vibraciones paralelas en la dirección de la propagación de las ondas; ejemplos incluyen ondas sonoras. Cuando un objeto corte hacia arriba y abajo en una onda en un estanque, experimenta una trayectoria orbital porque las ondas no son simples ondas transversales sinusoidales. Ondas en la superficie de una cuba son realmente una combinación de ondas transversales y longitudinales; por lo tanto, los puntos en la superficie siguen caminos orbitales. Todas las ondas tiene un comportamiento común bajo un número de situaciones estándar. Todas las ondas pueden experimentar las siguientes: • • • • • •

Difracción - Ocurre cuando una onda al topar con el borde de un obstáculo deja de ir en línea recta para rodearlo. Efecto Doppler - Efecto debido al movimiento relativo entre la fuente emisora de las ondas y el receptor de las mismas. Interferencia - Ocurre cuando dos ondas se combinan al encontrarse en el mismo punto del espacio. Reflexión - Ocurre cuando una onda, al encontrarse con un nuevo medio que no puede atravesar, cambia de dirección. Refracción - Ocurre cuando una onda cambia de dirección al entrar en un nuevo medio en el que viaja a distinta velocidad. Onda de choque - Ocurre cuando varias ondas que viajan en un medio se superponen formando un cono.

Polarización [editar] Artículo principal: Polarización electromagnética Una onda es polarizada, si solo puede oscilar en una dirección. La polarización de una onda transversal describe la dirección de la oscilación, en el plano perpendicular a la dirección del viaje. Ondas longitudinales tales como ondas

sonoras no exhiben polarización, porque para estas ondas la dirección de oscilación es a lo largo de la dirección de viaje. Una onda puede ser polarizada usando un filtro polarizador. Una ola rompiendo contra las rocas Ejemplos [editar] Ejemplos de ondas: • •

• • • •

Olas, que son perturbaciones que se propagan por el agua. Ondas de radio, microondas, ondas infrarrojas, luz visible, luz ultravioleta, rayos X, y rayos gamma conforman la radiación electromagnética. En este caso, la propagación es posible sin un medio, a través del vacío. Estas ondas electromagnéticas viajan a 299,792,458 m/s en el vacío. Sonoras — una onda mecánica que se propaga por el aire, los líquidos o los sólidos. Ondas de tráfico (esto es, la propagación de diferentes densidades de vehículos, etc.) — estas pueden modelarse como ondas cinemáticas como hizo Sir M. J. Lighthill Ondas sísmicas en terremotos. Ondas gravitacionales, que son fluctuaciones en la curvatura del espacio-tiempo predichas por la relatividad general. Estas ondas aún no han sido observadas empíricamente.

Descripción matemática [editar] Onda con amplitud constante. Ilustración de una onda (en azul) y su envolvente (en rojo). Desde un punto de vista matemático, la onda más sencilla o fundamental es el armónico (sinusoidal) la cual es descrita por la ecuación f(x,t) = Asin(ωt − kx)), donde A es la amplitud de una onda - una medida de máximo vacío en el medio durante un ciclo de onda (la distancia máxima desde el punto más alto del monte al equilibrio). En la ilustración de la derecha, esta es la distancia máxima vertical entre la base y la onda. Las unidades de amplitud dependen del tipo de onda — las ondas en una cuerda tienen una amplitud expresada como una distancia (metros), las ondas sonoras como presión (pascales) y ondas electromagnéticas como la amplitud del campo eléctrico (voltios/metros). La amplitud puede ser constante, o puede variar con el tiempo y/o posición. La forma de la variación de amplitud es llamada la envolvente de la onda. La longitud de onda (simbolizada por λ) es la distancia entre dos montes o valles seguidos. Suele medirse en metros, aunque en óptica es más común usar los nanómetros o los amstrongs (Å). Un número de onda angular k puede ser asociado con la longitud de onda por la relación: Las ondas pueden ser representadas por un movimiento armónico simple.El periodo T es el tiempo para un ciclo  completo de oscilación de la onda. La  frecuencia  f  es cuantos periodos por unidad de tiempo (por ejemplo un  segundo) y es medida en hertz. Esto es relacionado por: En otras palabras, la frecuencia y el periodo de una onda  son recíprocas entre sí. La frecuencia angular ω representa la frecuencia en radianes por segundo. Está relacionada  con la frecuencia por Hay dos velocidades diferentes asociadas a las ondas. La primera es la velocidad de fase, la  cual indica la tasa con la que la onda se propaga, y esta dada por: La segunda es la velocidad de grupo, la cual da la  velocidad con la que las variaciones en la forma de la amplitud de la onda se propagan por el espacio. Esta es la  tasa a la cual la información puede ser transmitida por la onda. Está dada por: