Fundamentos de la Física Ondulatoria: Propagación, Tipos y Parámetros Clave

Conceptos Fundamentales de la Onda

Expresión que describe el estado de la onda :

Ecuación de Onda y Parámetros Clave

Para una onda con tiempo inicial $t_0=0$, la expresión de la función de onda $y(t, x)$ es:

$$y(t, x) = A \sin\left[2\pi\left(\frac{t}{T} - \frac{x}{\lambda}\right)\right]$$

• Número de onda ($K$): $K = 2\pi/\lambda$
• Frecuencia angular ($\omega$): $\omega = 2\pi/T$

Velocidad y Aceleración

La velocidad de propagación ($V$) se calcula como $V = \lambda \times f$. La expresión de la velocidad es la derivada de la ecuación de la onda respecto al tiempo, y la aceleración es la derivada de la velocidad (la segunda derivada de la ecuación de la onda). Se menciona también la expresión $\Phi = B \cos x$.

Definición de Onda

En física, una onda consiste en la propagación de una perturbación de alguna propiedad de un medio (por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético), a través de dicho medio. Este proceso implica un transporte de energía sin transporte de materia.

El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa (como aire, agua, un trozo de metal) o incluso inmaterial, como el vacío. Las ondas periódicas se caracterizan por sus crestas o montes y valles, y se categorizan usualmente como longitudinales o transversales.

Tipos de Ondas según la Dirección de Vibración

• Onda Transversal: Es aquella cuyas vibraciones son perpendiculares a la dirección de propagación de la onda. Ejemplos: ondas en una cuerda y ondas electromagnéticas.
• Onda Longitudinal: Es aquella cuyas vibraciones son paralelas a la dirección de propagación de la onda. Ejemplos: ondas sonoras.

Clasificación de Ondas según el Medio de Propagación

Ondas Mecánicas

Las 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 (ejemplo: una onda en una alfombra o un látigo).

La velocidad de estas ondas puede ser afectada por características del medio como la homogeneidad, la elasticidad, la densidad y la temperatura. Dentro de las ondas mecánicas se incluyen las ondas elásticas, las ondas sonoras y las ondas de gravedad.

Ondas Electromagnéticas

Las ondas electromagnéticas se propagan por el espacio sin necesidad de un medio, por lo tanto, pueden propagarse en el vacío. Esto se debe a que son producidas por las oscilaciones de un campo eléctrico en relación con un campo magnético asociado.

Velocidad y Espectro Electromagnético

Las ondas electromagnéticas viajan aproximadamente a una velocidad de 300 000 km por segundo (la velocidad de la luz en el vacío). Según su frecuencia, estas ondas se agrupan en rangos. Este ordenamiento es conocido como el Espectro Electromagnético.

Ondas Gravitacionales

Las ondas gravitacionales son perturbaciones que alteran la geometría misma del espacio-tiempo. Aunque es común representarlas viajando en el vacío, técnicamente no se desplazan por ningún espacio, sino que son alteraciones del espacio-tiempo en sí mismas.

Fuerza de Lorentz (Contexto Electromagnético)