Explorando los Fenómenos Ondulatorios: Conceptos Clave de la Física de Ondas

Fenómenos Ondulatorios Fundamentales

Cuando un frente de ondas incide en la superficie entre dos medios, pueden ocurrir los siguientes fenómenos:

• Reflexión

  La onda cambia de dirección y sentido, continuando en el mismo medio. Cumple las Leyes de la Reflexión:

  • El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal (línea perpendicular al plano de separación en el punto de incidencia) están en el mismo plano.
  • El ángulo de incidencia (î), formado por el rayo incidente y la normal, es igual al ángulo de reflexión (R).

  Reflexión Total Interna

  Es un fenómeno que se da cuando la onda pasa de un medio donde viaja más lento a otro donde viaja más rápido (v1 < v2). Para valores del ángulo de incidencia superiores al ángulo límite (î_l), la onda no se refracta, solo se refleja. El ángulo límite se calcula como:

  sen(îl) / sen(90°) = v1/v2

  Lo que simplifica a:

  sen(îl) = v1/v2

  Por lo tanto:

  îl = arcsen(v1/v2)

• Refracción

  Si la onda entra en el segundo medio y cambia de dirección. Siempre que hay refracción, existe también reflexión. Cumple con las Leyes de la Refracción:

  • Conservación del plano de incidencia: el rayo incidente, la normal a la superficie y el rayo refractado están en el mismo plano.
  • La relación entre el ángulo de incidencia (î) y el ángulo de refracción (r̂) cumple la Ley de Snell:

  (sen(î) / sen(r̂)) = cte = (V1/V2)

• Difracción

  La difracción se produce cuando un obstáculo o rendija interactúan con el frente de ondas. Se aprecia más cuando el tamaño del obstáculo o rendija es parecido a la longitud de onda. Los puntos en las rendijas actúan como fuentes secundarias de ondas, según el Principio de Huygens.

Otros Fenómenos Ondulatorios Clave

• Polarización

  Es un fenómeno exclusivo de las ondas transversales, que permite distinguirlas de las longitudinales. Consiste en seleccionar algunos planos de vibración. Si en una onda transversal la vibración se realiza en cualquier plano perpendicular a la dirección de propagación, decimos que es una onda no polarizada; si la vibración solo se produce en un único plano, entonces es una onda polarizada plana.

• Efecto Doppler

  Se produce en cualquier tipo de ondas cuando hay movimiento rectilíneo relativo entre emisor y receptor. Doppler observó que cuando una fuente sonora se acercaba hacia nosotros (o nosotros hacia ella) con una determinada rapidez, el sonido percibido es más agudo (mayor frecuencia) que el sonido emitido por la fuente. Por el contrario, la frecuencia es menor (más grave) cuando la fuente se aleja de nosotros (o nosotros de ella).

  La fórmula general para el Efecto Doppler es:

  N' = N * ((Vsonido ± Vobservador) / (Vsonido ± Vfoco))

  Donde N' es la frecuencia percibida por el observador, y N es la frecuencia real emitida por la fuente.

  Nota: Si observador y foco están en reposo, entonces λ' = λ y N' = N.