Ondas: Propiedades, Tipos y Fenómenos Fundamentales

Una onda provoca un transporte de energía sin que exista un transporte de materia.

Se llama movimiento ondulatorio a la propagación de un movimiento vibratorio a través de un medio. La perturbación que se origina se llama onda.

Tipos de ondas

Según las dimensiones de propagación

• Unidimensionales: La onda se propaga en una dirección.
• Bidimensionales: La onda se propaga en una superficie plana.
• Tridimensionales: La onda se propaga en las tres direcciones del espacio.

Según la dirección en que vibran las partículas del medio con relación a la dirección de avance de la onda

• Ondas longitudinales: Son aquellas en las que las partículas del medio vibran en la misma dirección en la que avanza la perturbación; Ejemplo: Las ondas sonoras.
• Ondas transversales: Son aquellas en las que las partículas del medio vibran en dirección perpendicular a la de avance de la perturbación. Ejemplo: las ondas que produce una piedra al caer al agua de un estanque en reposo.

Según el tipo de medio en que se propagan

• Ondas mecánicas: Las ondas mecánicas, como el sonido, necesitan un medio material para propagarse. Aunque la campana amortigüe el sonido, oiremos el teléfono.
• Ondas electromagnéticas: Las ondas electromagnéticas, como la luz, se propagan también en el vacío. Si hacemos vacío dentro de la campana, dejaremos de oír el teléfono, pero seguiremos viéndolo igual que la luz de la linterna.

Una onda que permanece igual por tiempo indefinido se llama onda armónica.

Ecuación matemática de la onda armónica

y(x, t) = A•sen[2π•(t/T +- x/λ)+Øo]

Según el principio de Huygens, las ondas avanzan de tal forma que cada punto de un frente de ondas se convierte en un foco emisor de una onda de las mismas características. La envolvente de las ondas que resultan de los distintos puntos de un frente conformarán el nuevo frente de onda.

Fenómenos ondulatorios

Reflexión

Se produce la reflexión cuando una onda choca con la superficie que separa dos medios distintos y retrocede avanzando por el mismo medio original.

Leyes de la reflexión:

• El rayo incidente, el reflejado y la normal están en el mismo plano.
• El ángulo que forma el rayo incidente con la normal es igual al que forma el rayo reflejado con ella. î= r^

Refracción

Se produce una refracción cuando una onda llega a la superficie que separa dos medios distintos y avanza por el segundo medio. En cada uno de ellos la onda se moverá con velocidad distinta, por lo que cambiará la dirección en la que se propaga.

Leyes de la refracción de una onda:

• El rayo incidente, el refractado y la normal están en el mismo plano.
• Cuando el rayo incidente se propaga a mayor velocidad que el rayo refractado, el ángulo de incidencia (î) es mayor que el ángulo de refracción (s^)

Difracción

Se produce el fenómeno de la difracción cuando una onda que se propaga en un medio se encuentra en el camino con aberturas u obstáculos de tamaño comparable a su longitud de onda. La difracción puede provocar un cambio en la dirección de propagación de la onda.

Interferencias

Cuando varios movimientos ondulatorios similares se propagan en un medio coinciden en un punto, se produce una interferencia. El punto se ve afectado por una perturbación que es la suma de las perturbaciones coincidentes. Fuera de ese punto cada movimiento ondulatorio se propaga de forma independiente.

Cuando varios movimientos ondulatorios similares se propagan en un medio coinciden en un punto, se produce una interferencia. El punto se ve afectado por una perturbación que es la suma de las perturbaciones coincidentes. Fuera de ese punto cada movimiento ondulatorio se propaga de forma independiente.

Conclusión: La interferencia de dos ondas armónicas con la misma amplitud, frecuencia y longitud de onda es otra onda armónica que tiene:

• Idéntica longitud de onda y frecuencia que las ondas que interfieren.
• Su amplitud en cada punto depende de la diferencia de camino que haya recorrido cada una de las ondas originales. Tendremos:

• Interferencia constructiva si x²-x¹=n•λ
• Interferencia destructiva si x²-x¹= (2•n+1)• λ/2

Ondas estacionarias

Las ondas estacionarias resultan de la superposición de dos ondas idénticas que se propagan en el mismo medio en sentido opuestos y con oposición de fase.

y=A•sen(w•t-k•x)+ A•sen(w•t+k•x)