ONDAS
OBJETIVO: Manejan magnitudes básicas utilizando relaciones matemáticas elementales para obtener velocidad, frecuencia y longitud de onda.
Concepto de onda
Una onda es aquella perturbación en los medios elásticos o deformables.
Es transportadora de energía; pero es incapaz de desplazar una masa en forma continua.
Toda onda al propagarse da lugar a vibraciones.
Es importante notar que el medio mismo no se mueve en conjunto en la dirección en que avanza el movimiento ondulatorio.
Las diversas partes del medio oscilan únicamente en trayectorias limitadas.
Clasificación de las ondas.
Ahora ¿todas las ondas son del mismo tipo?
No. Las ondas se pueden clasificar, particularmente respecto al medio en que se desplazan.
Aquí se clasifican en:
ONDAS MECÁNICAS,
ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
Ondas electromagnéticas:
Se producen por contribución simultánea de un campo magnético y un campo eléctrico.
La luz, el wifi, las ondas al interior del horno microondas, son ejemplos de ondas electromagnéticas
Campo se llama a una zona donde un objeto recibe una fuerza característica de quien genera el campo. Por ejemplo, el campo gravitatorio, está alrededor de la tierra y una de sus manifestaciones es la fuerza peso que actúa sobre nosotros.
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Las ondas mecánicas, solo pueden presentarse en un medio material, el movimiento de una cuerda, el sonido, el oleaje en el mar, etc.
Las ondas electromagnéticas, pueden presentarse en un medio material o en la ausencia de él.
Por ejemplo, la luz, puede viajar a través del aire, del agua, del vidrio, y también lo hace a través del espacio vacío.
la radiación solar (UV), viaja desde el Sol, a través del espacio vacío, ingresa a la atmósfera, un poco de ella se absorve en la capa de ozono, pero otra parte puede pasar a través de esta capa y llega hasta la superfice de la Tierra, viajando por el vacío y también por la atmósfera.
Las ondas también se pueden clasificar de acuerdo al modo en que se mueven o desplazan o propagan.
Vamos a conocer tres tipos importantes:
- ONDAS TRANSVERSALES,
- ONDAS LONGITUDINALES, y
- ONDAS SUPERFICIALES.
Las Ondas Transversales son aquellas en que la perturbación se mueve en dirección perpendicular a la dirección del desplazamiento.
Ejemplos de estos casos son las ondas que se producen en una cuerda.
La ola de los estadios es un ejemplo de onda transversal, el movimiento de las personas (el medio) es vertical, pero la onda (perturbación) es horizontal.
Una onda luminosa se puede considerar de este tipo, aunque su estructura es más compleja que el movimiento de una cuerda.
Las Ondas Longitudinales, en cambio, son aquellas en que la perturbación se mueve en la misma dirección que la dirección de propagación.
De este tipo de ondas son el sonido y uno de los movimientos que se puede dar a un resorte.
Las Ondas Superficiales, son una combinación de los casos anteriores, es decir, en parte son transversales y en parte son longitudinales.
Un ejemplo de este caso es el movimiento de una ola de mar.
Sismos: Los sismos son movimientos ondulatorios, y los hay de dos tipos:
los de ondas tipo S, que son transversales y los de ondas tipo P, que son longitudinales.
Se dijo que una onda transporta energía, bien. Pero, ¡cuidado!, las partículas del medio no se desplazan en la dirección de propagación, al menos no un gran tramo, lo que se desplaza es el pulso, o bien, la perturbación.
Por ejemplo, al pulsar una cuerda, un punto de ella se mueve perpendicularmente al movimiento de propagación de la onda. El punto no se desplaza a lo largo de la onda. Ahora, si el caso es una onda sonora, corresponde hablar de zona o región y no de punto, una región de aire se mueve un poco en la dirección de propagación, pero vuelve a su lugar. Producto de choques sucesivos es que se produce la propagación.
En el caso de una onda superficial un punto del medio se mueve en sentido perpendicular a la propagación de la onda y también tiene un desplazamiento en la dirección de propagación de la onda.
Elementos de una onda.
Si bien es cierto que no todas las ondas tienen una misma “forma” resulta muy útil describirlas tomando en cuenta una onda formada en una cuerda. Los componentes que se pueden “ver”, son:
LA AMPLITUD DE LA ONDA
LA LONGITUD DE LA ONDA
LOS VALLES
LOS MONTES
Queda claro, a partir de la figura, que un monte es la parte más alta de la curva que representa una onda y, valle es la parte más baja de la misma.
En una onda sonora, las crestas se denominan zonas de compresión o zonas de alta presión y los valles se denominan rarefacciones o zonas de baja presión.
1. AMPLITUD DE ONDA (A)
Guiándonos por la figura, la línea recta representa la posición de equilibrio de la cuerda (o del medio, en general) y la distancia que hay, en línea recta, entre el punto más alto en una cresta y la línea de equilibrio es lo que se denomina amplitud. El mismo nombre recibe la distancia que hay entre el punto más bajo de un valle y la línea de equilibrio. La amplitud se mide en unidades de longitud (metros, centímetros, milímetros, etc). A la amplitud se le denota con la letra A.
La magnitud de la amplitud se relaciona directamente con la cantidad de energía que transporta la onda (son directamente proporcionales). A mayor amplitud de onda, la onda transporta mayor cantidad de energía, a menor amplitud, menor cantidad de energía.
2. LONGITUD DE ONDA (λ)
La longitud de onda, se puede “visualizar” como la distancia que hay entre dos crestas sucesivas, o entre dos valles sucesivos. O, en general, entre dos puntos consecutivos que tienen la misma posición relativa. La longitud de onda se mide en unidades de longitud. A la longitud de onda se le denota con la letra λ (lambda).
En la siguiente app, puedes modificar la longitud de onda y la amplitud
Otros elementos de una onda, que no se pueden ver, pero que se pueden medir son:
EL PERIODO
LA FRECUENCIA
LA VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN
3. PERIODO (T)
El periodo es el tiempo que transcurre para que una posición determinada de una onda (podemos identificarla con un punto del medio) recorra una longitud de onda. El periodo se mide en unidades de tiempo (segundos) y se le identifica con la letra T.
Cuando un punto completa el recorrido correspondiente a un periodo se dice que ha descrito un ciclo, o una oscilación, en algunos casos podría decirse que ha descrito una revolución (cuando el movimiento ondulatorio se relaciona con un movimiento circunferencial).
4. FRECUENCIA (f)
El concepto de frecuencia está asociado a un número que precisa la cantidad de ciclos, o revoluciones, que se producen en la unidad de tiempo, que generalmente es el segundo, aunque en ocasiones es el minuto. Cuando el periodo se expresa en segundos (s), la frecuencia se expresa en s-1 (segundo elevado a menos uno) que recibe el nombre de Hertz (Hz). A la frecuencia se le designa con la letra f. Matemáticamente, la frecuencia es el inverso multiplicativo del periodo, es decir:
Por ejemplo, 2 Hz, equivalen a 2 oscilaciones en un segundo y 1200 Hz, equivalen a 1200 oscilaciones en un segundo.
https://phet.colorado.edu/sims/html/wave-on-a-string/latest/wave-on-a-string_es.html
5. VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN (v)
Ahora, la velocidad de propagación de la onda es un concepto que representa la rapidez de cambio de posición de un punto (o región de un medio) a través del tiempo. Relaciona los conceptos de longitud de onda y periodo. Se le denota con la letra v. Matemáticamente la velocidad de propagación de la onda es:
Si consideramos que f = 1 / T
Entonces podemos escribir que:
v = λ f
También, y en muchos casos, se puede determinar la velocidad de propagación de la onda mediante la relación:
