Conceptos y Características del Movimiento Vibratorio Armónico Simple y Ondulatorio

El Movimiento Vibratorio Armónico Simple

Un movimiento se dice que es periódico cuando los valores de las magnitudes características (posición, velocidad, etc.) se repiten cada cierto tiempo. Una partícula realiza un movimiento vibratorio armónico simple (m.a.s.) cuando recorre indefinidamente, en un movimiento de vaivén, un segmento debido a una fuerza recuperadora del tipo F = -Kx.

Conceptos Clave del m.a.s.

• Elongación (x): Es la distancia que separa al cuerpo, en cada instante, de la posición de equilibrio.
• Amplitud (A): Valor máximo de la elongación.
• Periodo (T): Tiempo en que se realiza una vibración o ciclo completo.
• Frecuencia (ν): Número de vibraciones por segundo.

La ecuación del m.a.s. es una relación entre x y t, es decir, una expresión que nos indica cómo varía la elongación en función del tiempo. Una forma de obtenerla es considerar el m.a.s. como la proyección, sobre un diámetro, de un movimiento circular uniforme.

El Movimiento Ondulatorio

Es un movimiento vibratorio que se produce en un determinado punto, denominado foco, y se propaga a través del espacio que le rodea.

Un gran número de fenómenos diferentes, como la propagación del sonido, la radiación de luz, las olas en el agua, las emisiones de radio y TV, la energía de los terremotos, etc., se pueden estudiar con un mismo aparato matemático y una serie de conceptos aplicables a todos estos fenómenos ondulatorios.

Características de una Onda

• Pulso: Perturbación individual.
• Tren de ondas: Conjunto de pulsos.
• Onda periódica: Pulsos que se repiten en intervalos iguales de tiempo.

Doble periodicidad de las ondas:

• Espacial: En distintos puntos del medio, distribuidos periódicamente, la perturbación tiene el mismo valor en el mismo instante (si hacemos una fotografía de la onda observamos esta periodicidad).
• Temporal: El estado de perturbación de un punto dado del medio se repite periódicamente al pasar el tiempo.

Magnitudes de una Onda

• Amplitud (A): Máximo valor de la perturbación.
• Periodo (T): Tiempo en que un punto del medio completa una oscilación.
• Frecuencia (ν): Número de pulsos por unidad de tiempo (número de oscilaciones por unidad de tiempo). Se mide en hercios (Hz).
• Frecuencia angular (ω): Coincide con la velocidad angular del m.c.u. cuya proyección es el m.a.s. del foco. Se le denomina también pulsación y se puede interpretar como el número de periodos en 2π segundos.
• Longitud de onda (λ): Distancia entre dos puntos consecutivos del medio con el mismo estado de vibración.

Difracción

Es el cambio de dirección que experimenta una onda cuando en su propagación se encuentra con obstáculos o aberturas. Su magnitud depende de la relación existente entre la longitud de onda y las dimensiones del obstáculo. El fenómeno no se aprecia si las dimensiones del obstáculo, o de la abertura, son grandes en comparación con la longitud de onda.

Ejemplos:

• El sonido (pueden tener λ del orden de m) se difracta en las esquinas.
• La luz (con λ del orden del nm) no se difracta en las esquinas, pero sí en una rendija.
• Las ondas de radio AM tienen λ del orden de km, por lo que no sufren difracción con edificios, zonas montañosas, etc. y se propagan bien. Las FM, con λ del orden del m, presentan más dificultades en esas zonas.

La difracción puede explicarse a partir del principio de Huygens, que dice que los puntos del frente de onda, al llegar al obstáculo, se transforman en emisores de ondas elementales. La difracción es característica de los movimientos ondulatorios, por lo que se ha utilizado para determinar si un fenómeno es o no de naturaleza ondulatoria. Marca una diferencia entre ondas y partículas.

Superposición de Ondas e Interferencias

El principio de superposición establece que cuando por un medio se propagan dos o más ondas, la perturbación resultante, en cada punto y en cada instante, es la suma de las perturbaciones que produciría cada onda por separado. Con el término interferencia nos referimos a los efectos físicos de la superposición de ondas.

El caso más sencillo lo constituye la interferencia de dos ondas con las mismas características que proceden de dos focos sincronizados, en el sentido de que las ondas mantienen una diferencia de fase constante: son coherentes.