Fundamentos del Movimiento Ondulatorio y Propagación de Ondas

Introducción al Movimiento Ondulatorio

Tren de ondas: Se produce cuando se hace vibrar una cuerda y ese pulso se repite unas sucesivas veces.

Movimiento ondulatorio: Es la propagación de una perturbación de alguna magnitud física a través del espacio. El movimiento ondulatorio no transporta materia; lo que se propaga es la perturbación, es decir, hay transporte de energía y de momento lineal.

Características de una onda

• Existe una perturbación inicial que se transmite de unos puntos a otros sin transporte de materia desde un foco emisor.
• Transmisión de energía a través de un medio.
• Cierto retraso entre el instante en que se produce la perturbación y el instante en que esta va alcanzando puntos cada vez más lejanos.

Clasificación de las ondas

Según el medio de propagación:

• Ondas mecánicas o elásticas: Transportan energía mecánica y necesitan un medio material para propagarse; no se pueden propagar en el vacío.
• Ondas electromagnéticas: Transportan energía electromagnética y no necesitan un medio material para propagarse; se pueden propagar en el vacío. Son el resultado de la interferencia entre campos eléctricos y magnéticos variables perpendiculares entre sí.

Según la propagación de la energía:

• Unidimensionales
• Bidimensionales
• Tridimensionales

Según su fuente de ondas:

• Planas
• Circulares
• Esféricas

Elementos del Movimiento Ondulatorio

Frente de ondas: Es el lugar geométrico de los puntos que, en un instante, tienen el mismo estado de vibración.

Rayo: Línea perpendicular a los frentes de onda que nos indica la dirección de propagación del movimiento ondulatorio.

Ondas longitudinales: La dirección de propagación de la onda es paralela a la de vibración de las partículas.

Ondas transversales: La dirección de propagación de la onda es perpendicular a la de vibración de las partículas.

Magnitudes Físicas de la Onda

• Amplitud: Valor máximo de la elongación.
• Longitud de onda: Distancia mínima entre dos puntos consecutivos que tienen el mismo estado de vibración.
• Periodo: El tiempo que emplea un punto cualquiera en efectuar una oscilación completa.
• Frecuencia: Número de ondas que pasan por un punto del medio por unidad de tiempo.
• Velocidad de propagación: De una onda depende del medio en el que se transmite (en sólidos, en fluidos o en líquidos). La velocidad de las ondas transversales depende de la tensión de la cuerda y de su masa por unidad de longitud.
• Número de ondas (K): El número de longitudes de ondas contenidas en una longitud de 2π metros.

Ondas Armónicas y Energía

Ondas armónicas: Se denominan así si la perturbación que se propaga es un movimiento armónico simple. La función de onda representa el valor de la elongación para cada punto en función del tiempo.

Las ondas transportan energía a través del medio de propagación. La energía mecánica que posee es energía cinética y energía potencial elástica, ya que el movimiento armónico es consecuencia de una fuerza conservativa. La energía transmitida por una onda es proporcional al cuadrado de la amplitud y de la frecuencia.

La potencia de la onda sería la energía total transmitida por la onda entre el tiempo en el cual se ha transferido esta energía.

Intensidad de onda: Es la energía que pasa en cada unidad de tiempo por la unidad de superficie situada perpendicularmente a la dirección de propagación.

Fenómenos de Amortiguación

Se llama amortiguación a la disminución de la amplitud de una onda. Una onda se amortigua a medida que avanza por dos causas: la absorción del medio y la atenuación con la distancia.

• Atenuación: A medida que te vas alejando, va disminuyendo la energía que tiene la onda. Cuando el foco es puntual, se producen ondas esféricas cuyo frente se propaga en todas direcciones.
• Absorción: Hace que disminuya la intensidad y la amplitud de las ondas, pero no modifica su frecuencia.

Doble Periodicidad del Movimiento Ondulatorio

El movimiento ondulatorio armónico es periódico respecto al espacio y el tiempo:

1. Para un mismo instante t, la diferencia de fase entre dos puntos de la onda situados respecto al origen a las distancias x y x2 será ΔY = K·Δx.
2. Un mismo punto de la onda en dos instantes diferentes estará en diferentes estados de vibración, con diferente fase: ΔY = ω·Δt.