Ondas : Características de las ondas CONTENIDOS Características de las Ondas Qué tienen en común las imágenes que vemos en televisión, el sonido emitido por una orquesta y una llamada realizada desde un teléfono celular? Probablemente pienses que no tienen nada en común, pero te equivocas, en todos estos ejemplos están presentes las ondas. Tal vez te sorprendería saber que gran cantidad de situaciones y fenómenos cotidianos para ti, se relacionan con las ondas. Por ejemplo, gracias a las ondas y a su comportamiento te puedes ver en el espejo, puedes escuchar la radio, y puedes usar un control remoto. Todos los objetos y colores que logras ver, al igual que todos los sonidos que logras escuchar, se transmiten a través de ondas.
Del mismo modo, todas las comunicaciones radiales, televisivas, telefónicas, satelitales y computacionales que se están llevando a cabo en cualquier rincón del planeta trasmiten a través de ondas. Toda la información que tenemos acerca del Universo ha sido posible gracias a las ondas. Pero, Qué son las ondas? Cuántos tipos de ondas se conocen? Esperamos responder estas preguntas a continuación. 1. Qué es una onda? El concepto de onda es muy importante en Física, y se define como el fenómeno físico mediante el cual una perturbación se propaga desde el foco hacia otras regiones del espacio. Es importante destacar que las ondas propagan solo energía desde un lugar a otro. Cuando una gota cae al agua produce una perturbación en forma de anillo. El lugar del agua en el que se produce la perturbación inicial se llama foco. El anillo se expande en todas direcciones, lo que se conoce como propagación. 2. Cómo se clasifican las ondas? Las ondas pueden clasificarse según diferentes criterios, tales como el tipo de perturbación que las genera, la dirección de vibración de las moléculas del medio y el sentido de propagación. 2.1 Según el medio de la perturbación. De acuerdo al tipo de perturbación que produce la onda, hay dos tipos: las ondas mecánicas y las ondas electromagnéticas. a) Las ondas mecánicas: Las ondas mecánicas son originadas por perturbaciones como un golpe, una ruptura o una vibración. Su característica principal es que para propagarse necesitan de un medio material, que puede ser solido, liquido o gaseoso. Por ejemplo las ondas sísmicas son mecánicas porque se producen por el movimiento de las placas de la corteza terrestre. Estas ondas necesitan de las partículas de la Tierra para poder viajar. Otro ejemplo de ondas mecánicas es el sonido, que veremos más adelante. La gota de agua mencionada anteriormente también es un ejemplo de onda mecánica. b) Las ondas electromagnéticas: La principal característica de este tipo de ondas es que se pueden propagar por el vacío, es decir, en ausencia de partículas. Por supuesto también pueden propagarse a través de un medio material. Algunos ejemplos de ondas electromagnéticas son: la luz visible, los rayos X empleados en las radiografías y las microondas usadas en telecomunicaciones. Los rayos generados por las tormentas eléctricas son de naturaleza electromagnética.
2.2 Según la dirección de perturbación en el medio Cuando una onda se propaga a través de un medio, las moléculas que los constituyen experimentan un movimiento oscilatorio. Dependiendo de cómo oscilen dichas moléculas, las ondas se pueden clasificar en dos grupos: ondas transversales y ondas longitudinales. a) Ondas transversales: Se dice que una onda es transversal, cuando la dirección en que vibran las moléculas del medio por el que se propaga es perpendicular a la dirección en que se propaga la onda. Esto quiere decir que si una onda se propaga en sentido horizontal, las moléculas del medio oscilaran en torno a su posición de equilibrio, en dirección vertical. Imagina que entras al mar un poco más adentro de donde rompen las olas. Veras que ola del mar se propaga hacia la arena, pero cuando pasa por el lugar en que tú estás, sentirás que tu cuerpo se mueve hacia arriba y hacia abajo. Tu cuerpo, al igual que las moléculas del agua tiene un movimiento oscilatorio en una dirección perpendicular a la propagación de la ola. En una onda transversal, la dirección de propagación es perpendicular a la dirección de vibración. b) Ondas longitudinales: Las ondas longitudinales hacen vibrar a las moléculas del medio en la misma dirección en que se propagan. Esto significa que si la onda se propaga horizontalmente hacia adelante, las moléculas del medio vibrarán horizontalmente hacia atrás y hacia adelante, en torno a sus posiciones de equilibro. El ejemplo más común de este tipo de onda son las ondas sonoras. Por ejemplo, las vibraciones producidas al percutir los platillos de una batería generan rápidas compresiones en el aire que las rodea. Las moléculas de aire oscilan en la misma dirección en que se propaga el sonido, originando ondas sonoras longitudinales en el aire.
2.3 Sentido de propagación de la onda. Según el sentido de propagación de las ondas, se pueden clasificar como ondas viajeras o como ondas estacionarios. a) Ondas viajeras: Las ondas que nos llega del Sol, o de cualquier estrella, viaja desde estos cuerpos celestes hasta nosotros, pero no regresa. Lo mismo sucede con las ondas que se propagan por la superficie del agua. A este tipo de ondas se les denomina ondas viajeras o progresivas. Su principal característica es que la onda se propaga partiendo siempre de la fuente, sin volverse atrás. Otra característica de las ondas viajeras es que su amplitud disminuye a medida que transcurre el tiempo. b) Las ondas estacionarias: Son las que se forman cuando una onda viajera incide sobre un punto fijo y regresa invertida respecto de la primera por el mismo medio. Así, ambas ondas, la incidente y la reflejada, se superponen pareciendo que estuviera fija. Por ello entonces, en las ondas estacionarias la energía no se propaga libremente sino que está confinada a la región del espacio delimitada por puntos fijos. Es lo que sucede por ejemplo cuando se pulsa la cuerda de una guitarra. En las ondas estacionarias la amplitud de la vibración de las moléculas del medio permanece constante. 3. Elementos de una onda periódica. Una onda periódica es aquella en que la perturbación se genera a intervalos iguales de tiempo. Todas las ondas periódicas tienen elementos comunes, los que pueden ser espaciales o temporales. Estos elementos se reconocen mejor en una onda transversal, por lo que se usa como ejemplo. Sin embargo, el análisis es igualmente valido para el caso de las ondas longitudinales. 3.1 Elementos espaciales o de posición de una onda. a) Amplitud. La amplitud de una onda armónica se representa como la elongación máxima que alcanzan las partículas del medio en su vibración. Se simboliza con la letra A. En la figura se puede ver como la altura de un monte o la profundidad de un valle, medida a partir de la posición de equilibrio de las moléculas. A mayor amplitud de la onda, mayor es la energía que propaga. Su unidad de medida en el S.I. es el metro.
b) Longitud de onda. La longitud de onda se define como la distancia entre dos puntos consecutivos de una onda. De otra manera, podemos decir que la longitud de onda es la distancia entre dos montes o valles consecutivos. Se escribe con la letra griega λ y la unidad en el S.I. es el metro. 3.2 Elementos temporales de las ondas. a) Periodo. Se denomina periodo de una onda al tiempo que emplea la onda en recorrer la distancia correspondiente a la longitud de onda. El periodo de una onda se simboliza como la letra T y en el S.I. se expresa en segundos. En las ondas periódicas, las moléculas del medio vibran con un movimiento periódico, es decir, siempre emplean el mismo tiempo en completar un ciclo, por lo que el periodo de la onda corresponde al periodo de vibración de cada una de las moléculas del medio. b) Frecuencia. La frecuencia de una onda corresponde a la cantidad de pulso que un emisor genera en el foco en una determinada unidad de tiempo y tiene el mismo valor que la frecuencia con que vibran las moléculas del medio. La frecuencia se simboliza con la letra f y en el S.I. se expresa en Hertz. La frecuencia y el periodo son magnitudes inversamente proporcionales. Es decir por ejemplo que si una de ellas se duplica, la otra se reduce a la mitad. Podemos expresar esto en la siguiente relación matemática: T = 1 f 3.3 Velocidad de propagación de una onda. El concepto de velocidad relaciona los conceptos de distancia y tiempo. Como una onda armónica se desplaza siempre a la misma distancia λ en un tiempo igual al periodo T, su velocidad de propagación es constante y se puede calcular a partir de la siguiente ecuación: v = λ T Si medimos la longitud de onda en metros y el periodo en segundos, entonces la velocidad de propagación de la onda se expresara en m/s. Como el periodo de la onda es inversamente proporcional a su frecuencia, se tendrá que: v = λ f
Lo que caracteriza a cada onda es su frecuencia (si cambia de frecuencia se trata de otra onda), por lo tanto, cualquier cambio en su velocidad se traduce en un cambio en su longitud de onda y viceversa. La velocidad de una onda depende del medio por el que se transmite.