Fundamentos de la Propagación Ondulatoria: Difracción, Reflexión y Refracción

Fenómenos Fundamentales de la Propagación Ondulatoria

Difracción de Ondas

La difracción de ondas ocurre cuando las ondas, en su desplazamiento, encuentran obstáculos. Dependiendo del tamaño del obstáculo o del orificio y de las características de la onda, se puede producir el fenómeno de la difracción. El efecto consiste en que la onda bordea el obstáculo o el orificio. Este efecto es tanto mayor cuanto más cercano sea el tamaño del obstáculo o del orificio al valor de la longitud de onda de la onda correspondiente.

Explicación según el Principio de Huygens

Podemos utilizar el Principio de Huygens para explicar la difracción: los puntos del frente de onda que topan con el borde del orificio son emisores secundarios de ondas circulares o esféricas, que bordean la parte donde de otra forma no llegaría la onda.

Reflexión

La reflexión es el proceso por el cual una onda que se propaga por un medio, al llegar a la superficie de separación con otro medio diferente, vuelve por el primer medio experimentando un cambio en su dirección de propagación. Si la onda incide perpendicularmente a la superficie, solo experimenta un cambio de sentido.

Explicación según el Principio de Huygens

Cuando un frente de onda plano incide sobre una superficie, los puntos de cada frente producen ondas secundarias esféricas que se propagan en sentido contrario al que iban. Las ondas secundarias tienen como superficie tangente otro frente de onda plano que forma parte de la onda reflejada.

Leyes de la Reflexión

1. El plano de incidencia, la normal y el rayo reflejado están en el mismo plano.
2. El ángulo de incidencia y el de reflexión son iguales.

Refracción

La refracción es el proceso por el cual una onda que se propaga por un medio, al llegar a la superficie de separación con otro medio diferente, pasa al segundo medio cambiando su dirección de propagación y su velocidad. Se mide perpendicularmente a la superficie de separación. La onda se sigue propagando por el segundo medio, pero con una dirección modificada.

Explicación según el Principio de Huygens

Cuando un frente de onda plano incide sobre una superficie, los puntos de cada frente producen ondas secundarias esféricas que se transmiten por el segundo medio a una velocidad diferente de la que llevaban, pudiendo ser superior o inferior a esta. La superficie tangente a las ondas secundarias en el segundo medio genera el frente de ondas plano que forma parte de la onda refractada.

Leyes de la Refracción (Ley de Snell)

1. El rayo incidente, la normal y el rayo refractado están en el mismo plano.
2. Relación entre el ángulo de incidencia y el de refracción:

Fenómenos Acústicos Específicos

Ondas Sonoras

Las ondas sonoras son ondas mecánicas longitudinales producidas por un cuerpo que vibra y que se propagan en las tres dimensiones, haciendo oscilar las partículas del medio material por el que se transmiten.

Eco y Reflexión del Sonido

El eco es el fenómeno producido por la reflexión de las ondas sonoras en el cual se distingue el sonido emitido del reflejado. Para entender esto, debemos saber que nuestro oído necesita un intervalo de tiempo de 0,1 s entre dos sonidos para diferenciarlos. En ese tiempo, el sonido en el aire recorre aproximadamente 34 m. Dado que el sonido debe viajar de ida y vuelta para reflejarse, es necesario como mínimo la mitad de esa distancia, es decir, 17 m, entre la fuente sonora y el obstáculo donde se refleja.

Onda Estacionaria

Una onda estacionaria se produce cuando una onda armónica unidimensional se superpone con su onda reflejada, generando un patrón de interferencia fijo en el espacio.