Fundamentos de la Física Ondulatoria: Propagación y Clasificación

Introducción a la Física de las Ondas

Las ondas tienen una importancia esencial para la física, ya que permiten explicar numerosos hechos y fenómenos de la naturaleza, como el sonido y la luz. Asimismo, son fundamentales para interpretar el funcionamiento de varios aparatos de uso cotidiano (radio, TV, control remoto, microondas, celulares), además de tecnología más avanzada como satélites, mamógrafos y tomógrafos.

Una onda puede ser descrita como una perturbación que viaja en un medio, transportando energía de un lugar (fuente) a otro sin transporte de materia. Podemos definir que:

• Una onda es una perturbación que se propaga de un lugar a otro.
• Las ondas transportan energía, pero no materia.
• Las oscilaciones se propagan en un medio material (ejemplos: las olas del mar, cuando lanzamos una piedra al agua, el sonido).
• Las ondas electromagnéticas (como la luz y las ondas de radio) también se pueden propagar en el vacío.

Clasificación de las Ondas

Ondas Mecánicas

Necesitan un medio elástico (sólido, líquido o gaseoso) para propagarse. Las partículas del medio oscilan alrededor de un punto fijo, por lo que no existe transporte neto de materia a través del medio. Por ejemplo, en una alfombra o un látigo cuyo extremo se sacude, la materia no se desplaza, sin embargo, una onda se propaga a través de ella. La velocidad puede ser afectada por algunas características del medio como la homogeneidad, elasticidad, densidad y temperatura. Dentro de las ondas mecánicas tenemos las elásticas, sonoras y de gravedad.

Ondas Electromagnéticas

Se propagan por el espacio sin necesidad de un medio, pudiendo por lo tanto propagarse en el vacío. Son producidas por las oscilaciones de un campo eléctrico en relación con un campo magnético asociado. Viajan a una velocidad de 300,000 km/s. De acuerdo con su velocidad, pueden ser agrupadas en un rango de frecuencia conocido como espectro electromagnético.

Ondas según su dirección y periodicidad

• Ondas longitudinales: Las partículas del medio se mueven o vibran paralelamente a la dirección de la propagación de la onda (ejemplo: un muelle que se comprime).
• Ondas transversales: Las partículas del medio vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.
• Ondas periódicas: La perturbación local que las origina se produce en ciclos repetitivos, por ejemplo, una onda senoidal.
• Ondas no periódicas: La perturbación que las origina se da aisladamente o, en el caso de que se repita, las perturbaciones sucesivas tienen características diferentes; también se denominan pulsos.

Relaciones Matemáticas Básicas

Para el estudio de las ondas, se utilizan las siguientes fórmulas fundamentales:

• λ = v · T (Longitud de onda = velocidad por periodo)
• λ = v / f (Longitud de onda = velocidad / frecuencia)
• d = v · t (Distancia = velocidad por tiempo)