Conceptos Fundamentales de Ondas: Propagación, Fenómenos y Propiedades

Definición de Onda

Una onda es la propagación de una perturbación de un punto a otro sin que haya transporte neto de materia; únicamente se propaga la energía necesaria para generarla.

Clasificación de las Ondas

• Ondas mecánicas: Se originan al perturbar un medio elástico.
• Ondas electromagnéticas (O.EM): Se originan al perturbar un campo electromagnético y no necesitan un medio material para propagarse.
• Ondas longitudinales: La dirección de la perturbación es igual a la dirección de propagación.
• Ondas transversales: La dirección de la perturbación es perpendicular (⊥) a la dirección de propagación.

Principios y Fenómenos Ondulatorios

Principio de Huygens

Cada punto de un frente de ondas en un tiempo t se comporta como una fuente secundaria que emite ondas de las mismas características que la original.

Fenómenos de Reflexión y Refracción

• Reflexión: Fenómeno que ocurre cuando una onda incide en la superficie de separación de dos medios. La onda cambia la dirección y sentido de propagación sin cambiar de medio (ángulo de incidencia i = ángulo de reflexión r).
• Refracción: Ocurre cuando una onda incide en la superficie de separación de dos medios y cambia su dirección de propagación al pasar al otro medio (regido por la Ley de Snell).

Interferencias y Difracción

• Interferencias: Se producen en una región cuando se superponen dos o más ondas procedentes de focos coherentes (el desfase entre las ondas emitidas por ellos es constante).
• Difracción: Fenómeno por el cual una onda cambia su dirección de propagación al encontrarse con aberturas u obstáculos de dimensiones comparables a su longitud de onda (d ≤ λ). Los puntos del frente de ondas no eclipsados por el obstáculo se convierten en focos emisores.

Onda Estacionaria y Polarización

• Onda estacionaria: Es la resultante de la superposición de dos ondas idénticas que se propagan en la misma dirección pero en sentidos contrarios. La existencia de nodos impide la transmisión de la energía; por tanto, no es una onda viajera y no transmite energía.
• Polarización: Una onda no está polarizada cuando las vibraciones de las partículas tienen lugar en cualquier plano perpendicular a la dirección de propagación. Polarizar una onda consiste en restringir las posibles formas de vibración. La polarización lineal ocurre cuando todas las vibraciones tienen lugar en el mismo plano.

Sonido y Oscilaciones

El Sonido

Es una onda mecánica longitudinal producida por un foco que vibra con una frecuencia entre 20 y 20.000 Hz.

Oscilación Natural y Resonancia

La oscilación natural es la que realiza un cuerpo al dejarlo en libertad tras separarlo de su posición de equilibrio estable. La frecuencia a la que ocurre esta oscilación (ω₀) se denomina frecuencia propia del sistema.

Si la frecuencia de excitación ω es igual a ω₀, la amplitud de la oscilación se hace infinitamente grande; este fenómeno se conoce como resonancia.