Fundamentos de la Propagación Ondulatoria: Conceptos y Fenómenos Físicos

Introducción a las Ondas

Ondas Mecánicas

Las Ondas Mecánicas se propagan por un medio elástico (como una cuerda, un muelle o el sonido). Necesitan un medio material para propagarse, y la causa de la perturbación es una magnitud mecánica, como un desplazamiento, un cambio de presión, etc. Se clasifican en dos tipos principales:

Tipos de Ondas Mecánicas

• Longitudinales: El movimiento vibratorio o la variación de la perturbación que caracteriza a la onda se produce en la misma dirección que la propagación de la onda.
• Transversales: El movimiento vibratorio o variación de la perturbación que caracteriza a la onda se produce en dirección perpendicular a la propagación de la onda.

Conceptos Fundamentales de Ondas

Frente de Onda

Lugar geométrico de todos los puntos del medio afectados por la perturbación en el mismo instante.

Rayo

Cada una de las direcciones perpendiculares al frente de ondas. Normalmente, la perturbación avanza en la dirección del rayo.

Rapidez de Vibración

Rapidez del movimiento oscilatorio de una partícula del medio en torno a su posición de equilibrio.

Rapidez de Onda (Velocidad de Propagación)

Equivale a la distancia que recorre el frente de la perturbación en una unidad de tiempo.

Absorción

Proceso de interacción de una onda con el medio material en que se propaga, debido al cual la intensidad de la onda disminuye.

Fenómenos Ondulatorios

Reflexión

La Reflexión ocurre cuando la onda (el frente) cambia de dirección y sentido al incidir en la superficie de separación de dos medios de propagación y continúa en el mismo medio, salvo si la incidencia es perpendicular a la superficie.

Leyes de la Reflexión

1. El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal en el punto de incidencia al plano de separación, están en un mismo plano, llamado plano de incidencia.
2. El ángulo de incidencia (formado por el rayo incidente y la normal) es igual al ángulo de reflexión.

Refracción

Si la onda entra en el segundo medio y no incide perpendicularmente, cambia de dirección; decimos que la onda se ha refractado. Debemos tener presente que siempre que hay refracción existe también reflexión.

Leyes de la Refracción

1. Conservación del plano de incidencia: El rayo incidente, la normal a la superficie de separación y el rayo refractado están en el mismo plano.
2. Relación angular: Existe una relación entre el ángulo de incidencia (el que forman el rayo incidente con la normal en el punto de referencia) y el ángulo de refracción (el que forman el rayo refractado con dicha normal).

Difracción

La Difracción se produce siempre que un obstáculo interacciona con el frente de onda, pero se aprecia más cuando el tamaño de la rendija o del obstáculo interpuesto en el camino de propagación de la onda es parecido a la longitud de onda.

Principios Fundamentales

Principio de Superposición

El efecto resultante de dos o más perturbaciones que coinciden en un punto es la suma de las perturbaciones individuales. En los puntos e instantes en los que las ondas se superponen se dice que se ha producido interferencia.

Principio de Huygens

Cada punto del frente de una onda que se propaga puede considerarse como fuente de una nueva onda u onda elemental, y la nueva posición del frente de onda es la envolvente común de todas estas ondas elementales emitidas desde todos los puntos del frente de onda en su posición anterior.

Ondas Estacionarias

Las Ondas Estacionarias presentan las siguientes características:

1. Aparecen puntos en los que la perturbación es siempre nula, llamados nodos. Los puntos en los que la elongación es máxima se llaman vientres.
2. La onda resultante no viaja en sentido estricto; la ondulación no se desplaza.
3. Solo se producen para frecuencias que son múltiplo de una frecuencia básica.