Conceptos Sobre Ondas

CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE ONDAS

¿Cuántas veces has arrojado una piedra a un estanque lleno de agua y visto como se forman sobre la superficie una serie de círculos, uno dentro del otro, que van aumentando de tamaño? Seguramente, te has preguntado a qué se debe ese fenómeno.

Para comprender lo que sucede pongamos por ejemplo una cuerda a la que agitamos por un extremo de arriba hacia abajo; veremos que se produce una ondulación que viaja a lo largo de ella (figura 7.1). Llamemos a la cuerda el medio y al movimiento vertical una perturbación, Es decir, al agitar la cuerda hemos producido una perturbación en un medio. A esto le llamamos pulso. Cuando repetimos periódicamente un pulso lo que obtenemos es conocido como un tren de ondas o simplemente una onda. Cuando las ondas requieren de un medio y de algo o alguien que las produzca, o como dicen los científicos, una fuente, se denominan ondas mecánicas.

Las ondas mecánicas o elásticas como también se les llama, son perturbaciones producidas por una fuente en un medio material. Observa en la misma figura 7.1, como los puntos marcados a lo largo de la cuerda no se mueven de su posición, ¿Qué es lo que se mueve entonces? Lo que se mueve, o mas propiamente, lo que se propaga, es la energía transportada por la onda; de hecho, las ondas también propagan ímpetu (momento). A la velocidad con la que se propagan las ondas se le llama velocidad de propagación.

Las ondas se pueden dividir en dos clases por la forma en la que se propagan. Cuando la dirección de la velocidad de propagación es perpendicular a la de la perturbación, la onda es transversal, como la que se propaga en una cuerda; cuando velocidad y perturbación tienen la misma dirección, la onda es longitudinal (Fig. 7.2).

En el caso de las ondas longitudinales como la que puedes producir en un resorte, el lugar donde se amontonan las espiras, es decir donde se concentra el medio se llama compresión y al lugar donde se extiende el medio se denomina rarefacción.

Las ondas son fenómenos periódicos, es decir, se repiten tanto en el tiempo como en el espacio. El periodo T, de una onda corresponde al tiempo que tarda un punto del medio en completar una oscilación. Al número de oscilaciones por unidad de tiempo, se le llama frecuencia. Entre ambas cantidades existe la siguiente relación

Para describir mejor una onda, necesitamos conocer las siguientes características:

Amplitud. Es el máximo desplazamiento de un punto de la onda desde su posición de reposo.

Longitud de onda (). Es la longitud entre dos puntos equivalentes sucesivos en una onda. Generalmente, se consideran dos crestas o dos valles contiguos (Fig. 7.3).

La velocidad con la que se propaga una onda está dada por la siguiente expresión

7.1

como la longitud de onda se da en metros y la frecuencia en recíprocos de segundo (s-1), entonces la velocidad se da en m/s.

Las ondas mecánicas presentan varios fenómenos interesantes como la reflexión, la refracción, la interferencia y la difracción. Veamos una breve descripción de cada uno.

Reflexión. Ésta se produce cuando una onda alcanza una superficie y "rebota" en una dirección diferente. Si la onda golpea la superficie perpendicularmente, entonces, la dirección de reflexión será opuesta a la incidente. En la figura 7.4, se muestra una onda en una cuerda que incide sobre una superficie plana perpendicularmente.

Refracción. Como se mencionó antes, las ondas mecánicas requieren de un medio para propagarse. Cuando una onda pasa de un medio a otro diferente, sufre un fenómeno conocido como refracción, que se debe fundamentalmente a que la velocidad de la onda cambia al pasar de un medio a otro. ¿Por qué cambia la velocidad? Al cruzar el límite entre los medios, la longitud de onda cambia; de acuerdo con la ecuación 7.1, si la longitud cambia, la velocidad debe cambiar.

Interferencia. A diferencia de la materia, dos ondas si pueden ocupar el mismo lugar al mismo tiempo. A este fenómeno se le denomina interferencia. El resultado puede ser un reforzamiento de las ondas o el debilitamiento, incluso la desaparición temporal de las ondas.

Cuando dos o mas ondas interfieren de manera que la onda resultante esté reforzada la interferencia es constructiva, si el resultado de la interferencia es un debilitamiento de la onda resultante, entonces la interferencia es destructiva. En cualquier caso, Las propiedades de cada una de las ondas que interfieren permanecen sin cambio.

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