Ondas: Propagación, Tipos y Ecuaciones Clave

Una onda es una propagación de energía sin desplazamiento de materia. Cuando una onda se propaga, las partículas vibran en M.A.S. (Movimiento Armónico Simple), pero no acompañan el movimiento de traslación de la onda. Para que se produzca un movimiento ondulatorio, se necesita una fuente que genere una perturbación en alguna propiedad (densidad, presión, campo eléctrico o magnético) capaz de transmitirse por un medio, transmitiendo a su vez una energía asociada.

Ecuación de Onda

El movimiento ondulatorio se puede expresar a partir de la denominada ecuación de onda, cuya expresión es:

y(x, t) = A cos (wt – kx + φ)

Donde:

• A = Amplitud o elongación máxima que alcanza la onda. En el S.I. se mide en metros.
• y = Distancia a la que se encuentra el objeto respecto al centro de oscilación. En el S.I. se mide en metros.
• x = Distancia a la que se encuentra un determinado punto del medio que sufre el movimiento ondulatorio. En el S.I. se mide en metros.
• w = Frecuencia angular. En el S.I. se mide en radianes/segundo. Esta magnitud está relacionada con la frecuencia de oscilación y el periodo.
• φ = Desfase o ángulo de ajuste del argumento de la función armónica. Se deduce a partir de las condiciones iniciales. En el S.I. se mide en radianes.
• T = Periodo o tiempo que precisa el objeto en realizar una oscilación completa. En el S.I. se mide en segundos. Su ecuación es: T = 2π / w
• F = Frecuencia. Es el número de oscilaciones completas que realiza el objeto por segundo. Asimismo, es la inversa del periodo. En el S.I. se mide en hercios.
• k = Número de onda. En el S.I. se mide en radianes/metro. Está relacionado con la longitud de onda mediante la ecuación: k = 2π / λ
• λ = Longitud de onda. Es la distancia entre dos puntos idénticos consecutivos de una onda, por ejemplo, dos máximos. En el S.I. se mide en metros.

Velocidad de Propagación

La velocidad de propagación es la velocidad a la que la onda transmite la energía por el medio. Esta velocidad depende de varios factores (como la densidad del medio, la frecuencia, etc.). Sin embargo, en este nivel se considera que la velocidad de propagación se mantiene constante y se puede calcular según la expresión:

V = w / k = λ / T

En el Sistema Internacional se mide en m/s.

[Aquí iría un dibujo representativo de las magnitudes]

Tipos de Ondas

Según la relación entre la dirección de la velocidad de propagación y la dirección de oscilación, se pueden distinguir dos tipos de ondas:

Ondas Longitudinales

Son aquellas en las que las partículas del medio se mueven (o vibran) paralelamente a la dirección de propagación de la onda. Por ejemplo, un muelle que se comprime da lugar a una onda longitudinal o el sonido.

Ondas Transversales

Son aquellas en las que las partículas del medio vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda. Por ejemplo, una cuerda o la luz.

Una diferencia entre las ondas longitudinales y transversales es que estas últimas se pueden polarizar.

Clasificación según su Naturaleza

Según la naturaleza de las ondas, se pueden clasificar en:

Ondas Mecánicas

Son ondas que necesitan un medio para transmitirse, como por ejemplo el sonido.

Ondas Electromagnéticas

Son ondas que no necesitan ningún medio para transmitirse, es decir, se pueden transmitir por el vacío, como por ejemplo la luz.