Fundamentos de las Ondas Físicas: Clasificación, Energía y Fenómenos de Propagación

Ondas: Fundamentos y Clasificación

Una onda es una perturbación que se propaga en el espacio y en el tiempo, caracterizada por la transmisión de energía sin que exista transporte neto de materia.

Clasificación de las Ondas Físicas

1. Clasificación Según el Medio de Propagación

Las ondas se pueden clasificar fundamentalmente según el medio que requieren para su desplazamiento:

1. Ondas Mecánicas: Necesitan un medio material (sólido, líquido o gas) para propagarse. La perturbación se transmite por la deformación del medio material, debida a la vibración de las partículas en torno a sus posiciones de equilibrio.

   En las ondas mecánicas es fundamental distinguir entre:

   • La dirección de la vibración de las partículas del medio material.
   • La dirección de propagación de la onda.

2. Ondas Electromagnéticas: No necesitan un medio material para propagarse. Son aquellas que se propagan debido a la variación de los campos eléctricos y magnéticos en el espacio y en el tiempo. Son ondas que se propagan tanto en los medios materiales como en el vacío.

2. Clasificación Según la Extensión de la Perturbación

Las ondas mecánicas se pueden clasificar según la región en la que se produce la perturbación:

1. Ondas Progresivas (o Viajeras): Aquellas en las que la perturbación se propaga hasta el infinito.

   Ejemplos: Las ondas en la superficie del agua en el océano, el sonido emitido al aire libre.

2. Ondas Estacionarias: Aquellas en las que la perturbación está confinada en una región del espacio. El patrón de vibración, debido a la superposición de ondas viajeras en direcciones opuestas, resulta en zonas de vibración (vientres) y zonas de no vibración (nodos).

   Ejemplos: Ondas de las cuerdas de una guitarra o del sonido en un tubo resonante.

3. Clasificación Según la Dirección de la Vibración

Las ondas mecánicas se pueden clasificar según la dirección de la perturbación (vibración de las partículas del medio) respecto a la dirección de propagación:

1. Ondas Transversales: Aquellas en las que la vibración de las partículas del medio es perpendicular a la dirección de propagación de la onda y, por tanto, de la energía.

   Ejemplo: Ondas en el agua (superficiales).

2. Ondas Longitudinales: Aquellas en las que la vibración de las partículas del medio es paralela a la dirección de propagación de la onda. A las ondas longitudinales se les conoce también como ondas de presión.

Energía Transmitida por una Onda

La energía transmitida por una onda es la cantidad de energía que se desplaza a través del medio a medida que la onda se propaga. Esta energía depende de la amplitud y la frecuencia de la onda, y se distribuye entre:

• Energía Cinética: Asociada al movimiento de las partículas del medio.
• Energía Potencial: Relacionada con la deformación del medio.

En general, la energía transportada por una onda es proporcional al cuadrado de su amplitud.

Fenómenos Ondulatorios Fundamentales

Los fenómenos ondulatorios describen cómo interactúan las ondas con el medio o con otras ondas. Entre ellos se encuentran:

• Efecto Doppler: Es el fenómeno de cambio de la frecuencia de la onda en función de la velocidad relativa entre el emisor y el receptor (ocurre en todo tipo de ondas).
• Transmisión
• Absorción
• Reflexión
• Refracción
• Dispersión