Qué son las ondas

Qué son las ondas

Aunque la definición que voy a dar es demasiado amplia* (habitualmente se arranca de casos más particulares) me parece que posee un elemento muy importante como para dejar de lado: una onda es el movimiento de una perturbación, una señal, o de una cantidad de energía, o de cualquier cosa que no sea materia.

Un ejemplo de esto -bastante clásico por cierto- es la ola en la tribuna de un espectáculo deportivo (fútbol, qué otro). Mirá el esquema.

Cada renglón representa la misma fila de la tribuna vista a intervalos de tiempo regulares. Los mismos 23 espectadores sentados en una fila de la tribuna. Uno de ellos, un niño, te lo pinté de rojo para que lo uses de referencia (un diablito).

Estaban todos sentados, como los ves en el renglón de arriba. Pero pasa la ola, y unos espectadores se paran y saludan... luego se paran los de al lado mientras los primeros se vuelven a sentar... y así.

Fijate que el pibe, que estaba sentado en el lugar 12 sigue siempre ahí... no cambia su posición.

De modo que acá tenés algo que viaja de izquierda a derecha, una señal, o llamalo como quieras... pero que no es materia (en este caso representada por la gente) que no modifica su posición.

Las olas en el agua también son ondas. El rumor, si querés, podés considerarlo una onda. Hay dos ondas muy famosas: la luz y el sonido; ahí también hay algo que viaja, pero que no es materia.

DOS TIPOS DE GRAFICOS ABOMINABLEMENTE PARECIDOS

A partir de ahora vas a tener que estar muy atento, porque las ondas se describen típicamente con dos gráficos tramposamente parecidos, pero que muestran cosas absolutamente diferentes.

Perturbación en función de la posición

Volvamos al ejemplo de la ola, pero suponete que en lugar de tener una fila de 23 espectadores, son millones y, además, diminutos. Lo más práctico para representar esa fila es con una línea llena.

Ahí los tenes, los millones de espectadores de la fila (el rojo te marca la posición en que estaba nuestro diablito). En las ordenadas (y) se indica la perturbación, que en nuestro caso podría ser cuánto ascienden las cabezas; y en absisas (x) las posiciones de todos los espectadores. Este gráfico es una instantánea de la fila. En el ejemplo que yo grafiqué arriba, podría ser la foto del cuarto renglón, sacada inmediatamente después de que la ola abandonó al pibe.

Perturbación en función del tiempo

Este gráfico, en cambio, nos muestra toda la película... pero para un solo espectador, para una sola partícula material.

Las ordenadas cuentan lo mismo que en el anterior... pero las abscisas nos indican el transcurrir del tiempo. En nuestro ejemplo, podría tratarse del gráfico que muestra la perturbación del espectador que está al lado del niño. Fijate: desde el comienzo de la película hasta un rato largo después, casi llegando a la mitad de la película, el tío permanece sentado. Cuando la ola pasa el hombre se para. Al toque se sienta y así vuelve a quedar, sentado, hasta que la película termina.

¿Entendiste que los dos gráficos cuentan cosas totalmente diferentes? Bien, la única diferencia que vas a encontrar en los ejercicios es el nombre de la variable en las abscisas, x o t.

• La velocidad con la que avanzan las ondas recibe el nombre de velocidad de propagación.

• La velocidad de propagación de las ondas depende del medio en que se propagan... luego, si el medio es uniforme y no cambia, la velocidad de propagación de las ondas será constante, lo cual representa la situación más común en la física.

• Cuando las ondas viajan en un plano o en un volumen, y no en una línea (como en los ejemplos de esta página), suelen viajar todas juntas. Ese avance conjunto genera una propiedad muy llamativa denominado frente de onda. Si en el ejemplo de esta página yo tomo cuatro o cinco filas de la tribuna en lugar de una sola, entonces el fenómeno es más visual ya que no es uno el que se levanta en cada momento sino que son cuatro o cinco, simultáneamente, uno en cada fila ¡y en la misma columna!

• En suma, una onda es un fenómeno de contagio; se reproduce si y sólo si una partícula material que fue contagiada por su vecina (para que le ocurra algo) es capaz de contagiar a su vez a la vecina del otro lado. Pase y no vuelva.

Qué son las ondas periódicas

Las ondas más interesantes de la naturaleza son periódicas. Eso quiere decir que no es una única perturbación la que viaja, sino que son muchas (muchísimas) perturbaciones, una atrás de la otra, todas iguales y equiespaciadas. Eso es una onda periódica.

Dos gráficas diferentes para una onda periódica -como ejemplo- son las siguientes:

El de arriba nos muestra cómo están perturbadas todas las partículas afectadas en la propagación de la onda en un único instante.

Y el de abajo nos muestra cómo se perturba una única partícula material mientras se halla sometida al pasaje de la onda periódica. La forma que elegí para mostrarte el fenómeno de la periodicidad es arbitraria. Se llama senoidal, porque tiene la pinta de la función trigonométrica seno. Pero bien podría tener otras formas: cuadrada, triangular... la que vos quieras. Mientras haya una forma básica que se repite periódicamente, estarás en presencia de una onda periódica.

Sin embargo, la forma que elegí -la senoidal- es carísima a la física. Un montón de fenómenos de relevancia tienen naturaleza senoidal, en particular el sonido y la luz.

CARACTERISTICAS FUNDAMENTALES DE UNA ONDA

Fijate muy bien con qué gráfico (y-x o y-t) te ilustro cada elemento. La distancia entre dos "picos" de máxima perturbación... o dos partículas que están igualmente perturbadas, se llama longitud de onda.

Se representa con la letra griega minúscula lambda, λ, y se mide en cualquier unidad de longitud, por ejemplo, metros.

A menos que cambiemos de onda o de medio, la longitud de onda es constante.

El intervalo de tiempo que transcurre entre dos perturbaciones máximas que sufre una partícula material cualquiera se llama período.

Se representa con la letra mayúscula T, y se mide en cualquier unidad de tiempo, por ejemplo, segundos.

A menos que cambiemos de onda, el período es constante.

Otra forma de caracterizar el período es formularnos la siguiente pregunta: ¿cuántas veces por unidad de tiempo se alcanza el máximo? La respuesta a esta pregunta se llama frecuencia, f, y es la inversa multiplicativa del período: f = 1 / T

La magnitud de la perturbación va cambiando. Cuando alcanza un máximo,

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