Concepto de onda, características y propiedades ondulatorias
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Definición de onda y características
Una onda es una perturbación que transmite energía sin transporte neto de materia. Se pueden clasificar en ondas longitudinales y transversales. Las ondas transversales se propagan perpendicularmente a la dirección de vibración de las partículas, como las ondas en una cuerda. Las ondas longitudinales se propagan en la misma dirección de vibración de las partículas, como las ondas en un resorte.
Periodicidad espacial y temporal de las ondas
La posición de equilibrio de una onda es periódica con respecto al tiempo. Si se toman dos puntos en diferentes tiempos y la diferencia entre ellos representa un periodo de onda, se observa que el punto alcanza un mismo estado en ambos puntos. Esto demuestra que la onda se repite en cada periodo. Además, las posiciones en cada punto de un periodo se repiten con una diferencia igual a la longitud de onda.
Propiedades ondulatorias
a) Difracción: Desviación de la propagación rectilínea de las ondas al atravesar una abertura o rodear un obstáculo de dimensiones comparables a la longitud de onda. b) Reflexión: Devolución de una onda al llegar a la superficie de separación de dos medios, cambiando su dirección de propagación. c) Refracción: Cambio de velocidad y dirección de propagación de una onda al atravesar la superficie de separación de dos medios. d) Polarización: Restricción de la oscilación de las partículas de una onda a un solo plano.
El sonido y sus cualidades
El sonido es una perturbación mecánica que se propaga en forma de ondas longitudinales. El oído humano puede captar frecuencias entre 20 y 20.000 Hz. Las cualidades del sonido son el tono, relacionado con la frecuencia, el timbre, relacionado con la forma de la onda sonora, y la intensidad sonora, relacionada con la amplitud de la onda.
Ecuación de una onda estacionaria
La ecuación de una onda estacionaria es y = 2A cos(kx) sen(ωt), donde A es la amplitud, k es el número de onda y ω es la frecuencia angular. Las ondas estacionarias son armónicas y no transportan energía.
Diferencias entre una onda estacionaria y una onda viajera
Una onda estacionaria no se propaga, mientras que una onda viajera se desplaza en el espacio. Las ondas estacionarias tienen puntos fijos de vibración, mientras que las ondas viajeras no.
Fase y oposición de fase en una onda armónica
Dos puntos están en fase cuando se encuentran en el mismo estado de vibración. La distancia que los separa es d = λ. Dos puntos están en oposición de fase cuando su velocidad tiene el mismo módulo y distinto sentido. La distancia que los separa es d = λ/2.