Explorando las Ondas: Propiedades, Fenómenos y Teorías Clave

Ondas: Propiedades y Tipos

Las ondas se clasifican según diferentes criterios:

1. Dirección de Avance:
   • Longitudinales: La perturbación y la propagación tienen la misma dirección (ej., bolas de billar).
   • Transversales: La perturbación y la propagación son perpendiculares (ej., ondas en un estanque).
2. Energía que se Propaga:
   • Mecánicas: Necesitan un medio de propagación (ej., el sonido).
   • Electromagnéticas: No necesitan un medio material para propagarse (ej., la luz).
3. Número de Dimensiones en que se Propaga la Energía:
   • Unidimensionales: Propagación en una dimensión (ej., una cuerda).
   • Bidimensionales: Propagación en una superficie plana (ej., superficie del agua).
   • Tridimensionales: Propagación en tres dimensiones del espacio (ej., luz y sonido).

Fenómenos Ondulatorios

Interferencia

Cuando dos ondas se suman, pueden generar una onda con mayor amplitud (interferencia constructiva). Si la amplitud resultante es menor que las amplitudes iniciales, la interferencia es destructiva.

Ecuación de la interferencia: y=Asen(wt-kx)+y=Asen(wt+kx) → y=2Acos(kx)sen(wt)

Polarización

La polarización consiste en limitar la forma libre de vibración de las partículas del medio. Si la vibración ocurre en un único plano, la onda está polarizada linealmente.

Difracción

La difracción es un fenómeno característico de las ondas que se basa en la desviación de estas al encontrar un obstáculo.

Efecto Doppler

El efecto Doppler es la variación de la frecuencia cuando la fuente emisora de ondas y el observador están en movimiento con respecto al medio en el que se propaga la onda.

• Emisor se acerca al observador: f´/f=v/(v-vf)
• Emisor se aleja del observador: f´/f=v/(v+vf)
• Observador se acerca al foco emisor: f´/f=(v+vo)/v
• Observador se aleja del foco emisor: f´/f=(v-vo)/v

Si la velocidad del observador (vo) es mayor que la velocidad de la onda (v), la onda nunca alcanzará al observador.

Ondas Electromagnéticas

Una onda electromagnética es la propagación de campos eléctricos y magnéticos variables, que vibran en planos perpendiculares entre sí, creados por una carga eléctrica acelerada. Estas ondas se propagan a la velocidad de la luz en dirección perpendicular a la dirección de la perturbación, siendo una onda transversal. La dirección y el sentido de propagación son los del vector EXB (vector de Poynting).

Teorías sobre la Luz

Teoría Ondulatoria de Huygens

Huygens propuso que la luz se propaga mediante ondas mecánicas emitidas por cuerpos luminosos.

Teoría Corpuscular de Newton

Newton argumentó que la luz está formada por diminutas partículas materiales llamadas corpúsculos.

Efecto Fotoeléctrico

El efecto fotoeléctrico es la emisión de electrones (fotoelectrones) por ciertos materiales cuando son sometidos a la acción de la luz. La energía se describe mediante la ecuación: E=Wo+Ec.

La no ocurrencia del efecto fotoeléctrico para frecuencias inferiores a la frecuencia umbral se debe a que la energía del fotón incidente es menor que el trabajo de extracción y no logra arrancar el electrón.

Efecto Compton

La diferencia de longitudes de onda de la radiación dispersada (λ´) e incidente (λ) no depende de la longitud de onda de la radiación incidente ni de las propiedades de la sustancia dispersora, sino solo del ángulo formado por las direcciones de las radiaciones.

Ecuaciones del efecto Compton: λ´-λ= h/mc(1-cosθ), λc=h/hmc, λ´-λ=λc

Dualidad Onda-Corpúsculo de De Broglie

De Broglie propuso que a todo corpúsculo en movimiento le corresponde una longitud de onda.

Ecuación: hf=mc²→hc/λ=mc² → λ=h/mc

Principio de Incertidumbre de Heisenberg

Existen pares de magnitudes físicas que, al medirlas simultáneamente, un incremento en la precisión de la medida de una de ellas implica una menor exactitud en la medida de la otra. El producto de los errores cometidos en la medida de las dos magnitudes es igual o mayor a h/2π.