Conceptos Fundamentales de Óptica, Ondas y Movimiento Armónico Simple

Óptica y Fenómenos Ondulatorios

Velocidad de la Luz

La velocidad de la luz en el vacío es de aproximadamente 3 x 10⁸ m/s.

Principio de Huygens

Cada punto de un frente de onda primario sirve como un foco de ondas elementales secundarias que avanzan con una velocidad (v) y frecuencia (f) igual a las de la onda primaria. El frente de onda primario, al cabo de un cierto tiempo, es la envolvente de estas ondas elementales.

Reflexión

Ocurre cuando ondas de cualquier tipo inciden sobre una barrera plana (como un espejo) y se generan nuevas ondas que se mueven alejándose de la superficie. Se presenta en un límite entre dos medios diferentes, en cuyo caso parte de la energía incidente se refleja y parte se transmite.

Refracción

Es el cambio de dirección del rayo transmitido de un haz de luz que incide sobre la superficie de separación entre dos medios. La velocidad de la onda transmitida es menor que la de la onda incidente.

Ley de Snell

Relaciona el ángulo de refracción con los índices de refracción de los medios y con el ángulo de incidencia. Se expresa como: n₁senθ₁ = n₂senθ₂.

Dispersión

Es la dependencia del índice de refracción de una sustancia con la longitud de onda (y, por tanto, con la frecuencia).

Movimiento Ondulatorio y Oscilaciones

Movimiento Armónico Simple (MAS)

La característica que define el MAS es que su aceleración es proporcional al desplazamiento, pero de sentido contrario. Como la aceleración es proporcional a la fuerza neta, siempre que esta sea proporcional al desplazamiento y con sentido opuesto, el objeto se moverá con MAS.

Periodo (T)

Tiempo que emplea el objeto desplazado para realizar una oscilación completa alrededor de su posición de equilibrio.

Frecuencia (f)

Es el recíproco del Periodo (T); representa el número de oscilaciones por segundo y se mide en Hertz (Hz).

Amplitud (A)

Desplazamiento máximo respecto a la posición de equilibrio.

Frecuencia Angular (ω)

Se mide en radianes por segundo (rad/s). Relaciona el periodo y la frecuencia. Sus dimensiones son la inversa del tiempo.

Frecuencia y Periodo en un Muelle

Para un sistema masa-muelle, la frecuencia (f) se calcula como: f = 1/(2π) * √(k/m). La frecuencia aumenta cuando aumenta la constante de rigidez del muelle (k) y disminuye cuando aumenta la masa (m). En el MAS, la frecuencia y el periodo son independientes de la amplitud.

Energía del MAS

La energía total en un Movimiento Armónico Simple es proporcional al cuadrado de la amplitud.

Oscilaciones Amortiguadas

Si un muelle o un péndulo oscilan libremente, siempre acaban deteniéndose porque las fuerzas de rozamiento disipan su energía mecánica. Un movimiento con estas características se denomina amortiguado. Si el amortiguamiento es muy grande, se denomina sobreamortiguado (ejemplo: un péndulo en melaza), y si es débil, subamortiguado (ejemplo: un columpio sin empuje).