Ondas, sonido y naturaleza de la luz: conceptos fundamentales de Física

Movimientos ondulatorios

El movimiento ondulatorio consiste en la transmisión de energía mediante la vibración de partículas, en las ondas materiales, o en las variaciones del campo electromagnético, en las ondas electromagnéticas. Según sea la vibración de las partículas, las ondas pueden ser longitudinales o transversales, según la vibración sea en la misma dirección o perpendicular a la dirección de propagación.

Magnitudes características

• Periodo (T): tiempo que tarda en hacer una oscilación completa.
• Frecuencia (f): número de oscilaciones por unidad de tiempo.
• Longitud de onda (λ): distancia entre dos puntos consecutivos en la misma fase.

Relaciones: T = 1/f; f = 1/T; v = λf; λ = v/f

El sonido

El sonido es una onda de presión que se transmite por los medios materiales a distintas velocidades, dependiendo de la densidad y la capacidad de movilidad de las partículas que forman el medio. Es decir, el sonido no se transmite en el vacío.

Cualidades del sonido

• Intensidad: relacionada con la amplitud (A).
• Tono: relacionado con la frecuencia.
• Timbre: permite distinguir fuentes sonoras diferentes.
• Sobretono: armónicos de frecuencia superior a la fundamental (+f).

Naturaleza de la luz

Históricamente, a la luz se le han atribuido dos naturalezas: una ondulatoria y otra corpuscular. La razón de que ambas hayan tenido partidarios y, alternativamente, prominencia, estriba en que algunos fenómenos luminosos solo tenían explicación si la naturaleza de la luz era ondulatoria y otros si era corpuscular.

Principio de dualidad onda-corpúsculo

Todo cuerpo en movimiento lleva asociada una onda cuya longitud de onda es igual a λ = h/(m·v). Esto quiere decir que, ante un fenómeno físico concreto, los cuerpos en movimiento manifiestan su naturaleza ondulatoria o corpuscular, o ambas, según convenga.

Reflexión de la luz

Los rayos de luz se reflejan cuando inciden sobre una superficie especular. Aunque no sea especular, las superficies nunca absorben totalmente la luz (excepto el cuerpo negro), y una parte siempre se refleja.

Leyes de la reflexión

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

Refracción. Índice de refracción

La velocidad de la luz en el vacío, 300 000 km/s, es una constante. Además, es una invariante relativista, es decir, no depende del sistema de referencia.

Leyes de la refracción

Cuando la luz pasa de un medio de índice de refracción n₁ a otro medio de índice de refracción distinto n₂, cambia de dirección.

1. El rayo incidente, la normal en el punto de incidencia y el rayo refractado están en el mismo plano.
2. Ley de Snell: n₁·sen(i) = n₂·sen(r).

Descomposición de la luz blanca

La luz blanca ha demostrado ser una mezcla de luces.

Lentes

Una lente es un medio de refracción separado por dos superficies límites de otro medio distinto. Las lentes pueden ser:

• Convergentes: son más anchas por el centro que por los extremos.
• Divergentes: son más anchas por los extremos que por el centro.

En las lentes hay puntos significativos que nos sirven para obtener el camino óptico de los rayos que las atraviesan. El foco es el punto por donde pasan todos los rayos que vienen del infinito; la distancia focal es la distancia del centro de la lente al foco. Los rayos que pasan por el centro de la lente no se desvían.

Espejos

Los espejos son superficies que reflejan los rayos de la luz. Pueden ser cóncavos o convexos. Construir imágenes con los espejos es sencillo teniendo en cuenta las leyes de la reflexión y el centro de curvatura del espejo.