Conceptos Fundamentales del Movimiento Ondulatorio y Propiedades del Sonido

Movimiento Ondulatorio: Conceptos Fundamentales

El movimiento ondulatorio se describe mediante la función (kx-wt).

Una onda es una perturbación que se propaga, transmitiendo energía desde un centro emisor.

Tipos de Ondas

• Onda Viajera: Afecta a todos los puntos del medio en un tiempo determinado.
• Onda Estacionaria: Confinada a una región del espacio.

Según la Naturaleza de la Perturbación

• Perturbación Individual (Pulso): Momentánea.
• Perturbación Continua (Tren de Ondas): Se extiende durante un intervalo de tiempo.

Según la Energía que Propagan

• Mecánicas: Requieren un medio material para propagarse.
• Ondas Electromagnéticas (OEM): Campos eléctricos y magnéticos que se propagan perpendicularmente a la oscilación, sin necesidad de un medio.

Según el Número de Dimensiones

• 1D: Ejemplo: un muelle.
• 2D: Ejemplo: una piedra en el agua.

Según la Dirección de Oscilación

• Longitudinales: La dirección de oscilación es igual a la dirección de propagación de la perturbación (ej. sonido).
• Transversales: La dirección de oscilación es perpendicular a la dirección en que vibran las partículas (ej. luz).

Magnitudes Ondulatorias Clave

• Elongación: Posición en cualquier instante, respecto a la posición de equilibrio, de las partículas que oscilan. Su valor en cualquier instante recibe el nombre de función de onda.
• Fase: Es el argumento de una onda. Indica el estado de oscilación (o fase del movimiento) en cualquier instante de la partícula que origina el movimiento ondulatorio.
• Frente de Onda: Lugar geométrico de todos los puntos que, en un instante dado, están en fase (equidistantes del centro emisor).

Principios y Fenómenos Ondulatorios

Principio de Huygens

Todo punto de un frente de onda es un centro emisor de nuevas ondas elementales, cuya envolvente es el nuevo frente de onda. Este principio permite explicar algunas propiedades de las ondas.

Fenómenos Ondulatorios

1. Reflexión

   Fenómeno propio de cualquier onda. Se define como el cambio de dirección dentro del mismo medio que experimentan las ondas al incidir sobre una superficie de separación entre dos medios. Se rige por las Leyes de Snell:

   • El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.
   • Los rayos incidente, reflejado y la normal se encuentran en el mismo plano.

2. Refracción

   Cambio en la dirección y la velocidad de propagación de una onda, cuando atraviesa la superficie de separación entre dos medios de propagación diferentes. Se rige por la Ley de Snell: sen(i)/sen(r) = v1/v2 = n2/n1. Cuando una onda pasa a un medio menos refringente, se aleja de la normal.

3. Difracción

   Ocurre cuando una onda atraviesa un obstáculo y se impide el avance de parte de esta. Los puntos que no están tapados se convierten en centros emisores de nuevos frentes de onda.

4. Polarización

   Se dice que una onda está polarizada cuando las ondas que son paralelas a la ranura pueden pasar al otro lado porque están orientadas debidamente.

5. Interferencias

   Superposición de dos ondas en el mismo punto. Ejemplo: el ruido.

   Una onda estacionaria es una onda que resulta de la interferencia de dos ondas idénticas que se propagan en la misma dirección pero en sentido contrario.

Efecto Doppler

Fenómeno por el cual ocurre un aparente cambio en la frecuencia del sonido, o en la longitud de onda de la luz, que es debido al movimiento relativo de la fuente que la emite con relación a un observador que se encuentra fijo.

Cualidades y Conceptos del Sonido

Cualidades del Sonido

1. Sonoridad

   (Intensidad de la onda) Es la cualidad por la que se perciben los sonidos con mayor o menor intensidad. Se expresa en fonios.

2. Tono

   (Frecuencia de la onda) Es la cualidad que depende de la frecuencia.

3. Timbre

   (Forma de la onda) Es la cualidad por la que se distinguen dos sonidos de la misma sonoridad y tono. Este efecto está relacionado con la forma de la onda.

Escala de Decibelios (dB)

Es la escala del nivel de sensación sonora. Permite comparar niveles de intensidad. La fórmula es: I = Io * 10^(B/10).

Intensidad del Sonido

Cantidad de energía que en un punto atraviesa perpendicularmente la unidad de superficie colocada en dicho punto en la unidad de tiempo. Fórmulas: E = P * t; I = P/S.

Clasificación de las Ondas Sonoras

Las ondas sonoras son mecánicas, longitudinales y de presión. Según su frecuencia (Hz), se clasifican en:

• Sónicas
• Ultrasónicas
• Infrasónicas