Física de Ondas: Propagación, Tipos y Fenómenos de Reflexión y Refracción

Movimiento Ondulatorio: Conceptos Fundamentales y Tipos

Un movimiento ondulatorio es la propagación de un movimiento vibratorio a través de un medio. La perturbación que se origina se llama onda. En un movimiento ondulatorio se produce un transporte de energía, pero no de masa.

La vibración que se produce en ese origen (foco) se propaga en línea recta a lo largo del eje x y llega a un punto cualquiera t_x segundos después de haberse producido en el foco. Una vez alcanzado por la perturbación, dicho punto comienza a vibrar de modo semejante al origen. La ecuación que describe este movimiento es: y(x,t) = A sin(ω(t - tx))

Clasificación de Ondas

Ondas según la dirección de vibración

En una onda longitudinal la dirección de propagación es la misma que la de vibración y en una onda transversal la dirección de propagación es perpendicular a la de vibración. Son ondas longitudinales el sonido y las ondas de compresión de un muelle. Son ondas transversales la luz, la vibración de las cuerdas o las ondas en las superficies de los líquidos.

Ondas según su naturaleza

También se pueden clasificar las ondas según su naturaleza. Las ondas mecánicas necesitan un medio material para propagarse. Se produce una propagación de variaciones de presión a lo largo del medio. Las ondas electromagnéticas se pueden propagar incluso en el vacío. Consisten en la transmisión de sendos campos eléctrico y magnético mutuamente perpendiculares. Son ondas mecánicas el sonido, las vibraciones de las cuerdas, las producidas en los muelles y en las superficies de los líquidos.

Interferencia de Ondas y Ondas Estacionarias

Interferencia de Ondas

Una interferencia de ondas consiste en la superposición de varios movimientos ondulatorios en un determinado punto y un determinado instante. La onda resultante puede ser una onda armónica, una onda estacionaria, pulsaciones u ondas irregulares.

Ondas Estacionarias: Definición y Ejemplos

Ángulo límite (L): Ángulo de incidencia al cual corresponde un ángulo de refracción de 90°.
Reflexión total: Reflexión que se produce cuando un haz de luz alcanza una superficie de separación entre dos medios, con un ángulo de incidencia superior al ángulo límite correspondiente.

Fenómenos Ondulatorios: Reflexión y Refracción

Reflexión de Ondas

Reflexión: Es el fenómeno que se produce cuando una onda (por ejemplo, la luz) alcanza la superficie de separación entre dos medios y cambia su dirección de propagación, pero sigue haciéndolo por el mismo medio en sentido contrario.

Leyes de la Reflexión

1. El rayo incidente, la normal (línea imaginaria perpendicular a la superficie de separación en el punto de incidencia) y el rayo reflejado se encuentran en el mismo plano.
2. El ángulo de incidencia y el de reflexión son iguales.

Refracción de Ondas

Refracción: Es el fenómeno que se produce cuando una onda (por ejemplo, la luz) alcanza la superficie de separación entre dos medios, la atraviesa y pasa a propagarse por el segundo medio, cambiando su dirección.

Leyes de la Refracción

1. El rayo incidente, la normal y el rayo refractado se encuentran en el mismo plano.
2. Si un rayo incide oblicuamente sobre una superficie de separación, la relación entre las velocidades de propagación en los medios de incidencia y refracción viene dada por la ley de Snell: vi / vr = sin(i) / sin(R). Si el rayo incidente es perpendicular a la superficie, no se desvía.

Índice de Refracción

Índice de refracción: Se define el índice de refracción absoluto (n) de un medio como la relación entre la velocidad de propagación de la luz en el vacío (c = 3·10⁸ m/s) y la velocidad de propagación de la luz en el medio en cuestión (v). La fórmula es: n = c / v.

Ángulo Límite y Reflexión Total

Si un haz de luz pasa de un medio a otro en el que se propaga a menor velocidad (mayor índice de refracción), el rayo refractado se acerca a la normal. Sin embargo, si el haz de luz pasa de un medio a otro en el que la velocidad de propagación es mayor (menor índice de refracción), el rayo refractado se aleja de la normal. En este último caso, existe la posibilidad de que, para un determinado ángulo de incidencia (conocido como ángulo límite), el ángulo de refracción sea de 90°, lo que significa que el rayo refractado emerge paralelo a la superficie de separación.

La reflexión total aparece en algunos fenómenos habituales como los espejismos o el fundamento de la fibra óptica.