Fundamentos de las Ondas: Definiciones Clave y Fenómenos Ondulatorios

Introducción al Movimiento Ondulatorio

Se define el movimiento ondulatorio como aquel que transmite energía sin transporte neto de materia, mediante la propagación de alguna perturbación, que se denomina onda.

Propiedades Fundamentales de las Ondas

A continuación, se detallan las propiedades clave que caracterizan a las ondas:

• Elongación (y): Es la separación de un punto del medio con respecto a la posición central de equilibrio en un instante determinado (unidad del SI: metro).
• Amplitud (A): Es la máxima distancia de cualquier punto de la cuerda respecto a su posición de equilibrio.
• Velocidad de propagación (v): Es la velocidad con la que se transmite la perturbación a lo largo del espacio.
• Velocidad de vibración (v_y) o de elongación: Es la velocidad periódica de las partículas que forman la onda mecánica en un medio elástico.
• Frecuencia (f): Es el número de pulsos producidos en cada unidad de tiempo.
• Período (T): Es el tiempo que tarda en generarse un pulso completo. También podemos decir que es el tiempo que tarda un punto cualquiera de la cuerda en realizar una oscilación completa.
• Frecuencia angular (ω): Frecuencia asociada al movimiento armónico simple de las partículas de la onda, expresada en radianes por unidad de tiempo.
• Longitud de onda (λ): Es la distancia que existe entre dos pulsos sucesivos. También podemos decir que es la distancia entre dos puntos consecutivos del medio que se encuentren en el mismo estado de vibración.

Ley de Hooke y el Movimiento Armónico Simple

Esta expresión se conoce como Ley de Hooke y nos indica que la fuerza que produce un Movimiento Armónico Simple (MAS) es central, dirigida hacia el punto de equilibrio y proporcional a la elongación.

Principio de Huygens

"Todo punto de una superficie o frente de onda puede considerarse como fuente (foco emisor) de nuevas ondas (ondas secundarias) que se propagan hacia adelante con la misma velocidad que la principal. La envolvente de estas ondas constituye en cada instante un nuevo frente de onda."

Clasificación de las Ondas

Según el Medio de Propagación

Las ondas pueden clasificarse según el tipo de medio en el que se propagan:

• Ondas Electromagnéticas (OEM): No requieren un medio físico para su propagación, ya que son variaciones periódicas del campo eléctrico y del campo magnético en el espacio. Ejemplos incluyen la luz visible, ondas de radio, rayos X, entre otras.
• Ondas Mecánicas: Necesitan un medio elástico para propagarse. Por ejemplo, el sonido o las ondas en una cuerda de guitarra.

Según la Dirección de la Perturbación y Propagación

Otro criterio para clasificar las ondas es la relación entre las direcciones de la perturbación producida y la de propagación de la onda:

• Onda Transversal: Es aquella en la que la dirección de propagación es perpendicular a la dirección de la perturbación. Un ejemplo puede ser la propagación horizontal de una onda en una cuerda a la que se agita verticalmente. Las ondas electromagnéticas también son transversales.
• Onda Longitudinal: Es aquella en la que la dirección de propagación tiene la misma dirección que la de la perturbación producida. Ejemplos pueden ser el sonido o el de un muelle que se comprime longitudinalmente.

Fenómenos Ondulatorios

Interferencia de Ondas

Hablamos de interferencia cuando a un punto llegan simultáneamente dos o más ondas. Según el Principio de Superposición, la onda resultante es la suma algebraica de las dos o más ondas que llegan a un punto del medio. Después de interferir, las ondas no sufren modificaciones y siguen propagándose con la misma dirección y sentido que tenían antes de encontrarse, como si hubiesen sido independientes.

Difracción de Ondas

La difracción es un fenómeno típicamente ondulatorio que consiste en la desviación de la propagación rectilínea de las ondas cuando atraviesan una abertura o rodean un obstáculo.

El Efecto Doppler

Cuando la fuente de ondas (el foco) o el observador (receptor de las ondas) están en movimiento relativo con respecto al medio material en el cual la onda se propaga, la frecuencia de las ondas observadas es diferente de la frecuencia de las ondas emitidas por la fuente.