Ondas

Las ondas son el resultado de una perturbación. Cuando se perturba un medio, se le imparte energía.

Movimiento Ondulatorio

Un movimiento ondulatorio continuo, u onda periódica, requiere una perturbación producida por una fuente oscilante. Las partículas se mueven hacia arriba y hacia abajo continuamente. Una onda es una combinación de oscilaciones en el espacio y el tiempo.

Componentes principales

• Amplitud (A): La distancia máxima de un objeto respecto a su posición de equilibrio.
• Periodo (T): El tiempo que tarda un objeto en completar un ciclo de movimiento.
• Frecuencia (f): Es el número de ciclos por segundo.

Relación entre frecuencia y periodo

f = 1/T | T = 1/f

Ejercicios en clase

• Si T = 1/2, encuentra la frecuencia: f = 1/T = 1 / (1/2) = 2 Hz
• Si f = 4, encuentra el periodo: T = 1/f = 1/4 = 0.25 s

Características de las ondas

Lo que viaja es la onda, no el medio ni el material. Como las ondas se mueven, tienen una rapidez de onda (V). De la ecuación de velocidad tenemos la siguiente ecuación para las ondas.

Fórmula

[Espacio reservado para la fórmula]

Ejercicio en clase

Una persona en un muelle observa un conjunto de olas que tienen forma senoidal y una distancia de 1.6 m entre las crestas. Si una ola baña el muelle cada 4 s, calcule: a) la frecuencia y b) la rapidez de las olas.

Fórmulas de onda y solución del problema

[Espacio reservado para fórmulas y resolución]

Tipos de ondas

Se pueden dividir en dos tipos según la dirección en que oscilan las partículas:

• Onda transversal: El movimiento de las partículas es perpendicular a la dirección de la velocidad de la onda. También se conocen como ondas de corte. Solo se propagan en sólidos, ya que los gases y líquidos no tienen fuerzas restauradoras de magnitud suficiente entre sus partículas.
• Onda longitudinal: La oscilación de las partículas es paralela a la dirección de la onda. También conocidas como ondas de compresión; un altavoz que oscila hacia adelante y hacia atrás puede crear tales compresiones que viajan por el aire como ondas sonoras.

Propiedades de las ondas

Superposición e interferencia

Cuando dos o más ondas se encuentran o pasan por la misma región de un medio, se atraviesan mutuamente y continúan sin alteración. Mientras están en la misma región, decimos que las ondas se interfieren.

Principio de superposición: En cualquier momento, la forma de onda combinada de dos o más ondas en interferencia está dada por la suma de los desplazamientos de las ondas individuales en cada punto del medio.

En el caso de un estadio o un coro, las voces se «suman» interfiriéndose constructivamente. Un caso de interferencia constructiva es la cancelación de ruido mediante la generación de un sonido de una frecuencia específica para generar silencio en los audífonos del piloto de un avión.

Reflexión

Se da cuando una onda choca contra un objeto o llega a una frontera con otro medio y se desvía. Un eco es la reflexión de ondas sonoras, y los espejos reflejan las ondas de luz. Para que el eco se escuche claramente, el emisor debe estar ubicado al menos a 17 m de la superficie reflectora.

Refracción

La onda transmitida ingresa en el medio y se moverá en una dirección distinta de la onda incidente. Depende de cambios en la rapidez de la onda y propiedades del medio. El sonido es una onda longitudinal no dispersiva; la rapidez del sonido (en aire) depende únicamente de la compresibilidad y la densidad del aire, no de la frecuencia.

Dispersión

Es cuando la rapidez sí depende de la longitud de la onda o la frecuencia. Ondas de distinta frecuencia se separan unas de otras. Los prismas separan la luz solar para dar un espectro de color y es la base para la formación de los arcoíris.

Difracción

Se refiere a la flexión de las ondas en torno al borde de un objeto. Por ejemplo, si nos paramos junto a la pared de un edificio cerca de una esquina, podemos escuchar a gente que habla en la otra calle. Las ondas envuelven el borde del edificio.

Infrasonido y Ultrasonido

Infrasonido

Las frecuencias menores de 20 Hz están en la región infrasónica. Son generadas por el viento y los patrones del clima. Los elefantes pueden detectar frecuencias de sonido tan bajas como 0.1 Hz.

Ultrasonido

Por arriba de 20 kHz se tiene la región del ultrasonido. Las ondas ultrasónicas pueden ser generadas por vibraciones de alta frecuencia en cristales. Los perros, gatos y murciélagos tienen rangos audibles mucho mayores que los humanos. Como el ultrasonido puede viajar varios kilómetros en el agua, se utiliza en el sonar para detectar objetos sumergidos.