Fundamentos de Ondas: Acústica, Óptica y Movimiento Ondulatorio

Fundamentos de Ondas

Magnitudes Ondulatorias

Amplitud (A): Valor máximo de la perturbación.

Longitud de Onda (λ): Distancia entre dos puntos consecutivos que se encuentran en el mismo estado de perturbación.

Número de Ondas (k): Número de longitudes de onda en 2π unidades de longitud.

Periodo (T): Tiempo transcurrido entre dos estados idénticos y sucesivos de la perturbación en un punto.

Frecuencia (f, ν): Número de oscilaciones que se realizan en la unidad de tiempo.

Frecuencia Angular (ω): Número de oscilaciones realizadas en 2π unidades de tiempo.

Velocidad de Propagación (v): Velocidad de propagación de la onda. v depende del medio.

Principios de Propagación

Principio de Huygens

Cada punto de un frente de ondas se comporta como foco emisor de ondas secundarias cuya envolvente constituye el nuevo frente de ondas.

Rayo: Línea perpendicular al frente de onda que indica la dirección y el sentido de propagación de la onda.

Leyes de Reflexión y Refracción

1. Los rayos incidente, reflejado y refractado están en el mismo plano, perpendicular a la superficie de separación y que contiene a la normal.
2. El ángulo de incidencia es igual al de reflexión.
3. Ley de Snell: El cociente entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es constante.

Ángulo Límite: Ángulo de incidencia para el que el ángulo de refracción es de 90º. Si el ángulo de incidencia es menor que el ángulo límite se produce reflexión y refracción. Si el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo límite no habrá refracción, se produce únicamente reflexión.

Reflexión Total: Fenómeno consistente en la ausencia de refracción, producido cuando una onda incide con un ángulo mayor que el ángulo límite sobre la superficie que separa dos medios.

Interferencia y Superposición

Principio de Superposición

Cuando se propagan dos o más ondas por un medio, la perturbación resultante en cada punto es igual a la suma de las perturbaciones que producirán cada una de las ondas por separado.

Interferencia

Fenómeno resultante de la superposición de dos o más ondas.

Onda Estacionaria

Es la onda resultante de la interferencia de dos ondas idénticas que se propagan en la misma dirección pero con sentidos opuestos, la onda incidente y su reflejada. Se producen por la reflexión en el límite de separación de dos medios diferentes de una onda confinada en un espacio determinado, como puede ser una cuerda de guitarra o un tubo.

Efecto Doppler y Difracción

Efecto Doppler

Es el cambio de frecuencia de una onda que se produce cuando existe un movimiento relativo entre el foco emisor y el receptor.

Difracción

Fenómeno que se produce cuando una onda en su propagación se encuentra con un obstáculo cuyo tamaño es del mismo orden de magnitud que su longitud de onda.

Polarización

Polarización por Absorción

Ciertas sustancias (polaroides) solo permiten el paso de la luz cuyo campo eléctrico tiene una dirección concreta. Se obtiene luz polarizada linealmente.

Polarización por Reflexión

La luz reflejada está parcialmente polarizada. Si el ángulo de incidencia es tal que los rayos reflejado y refractado son perpendiculares, la luz reflejada queda totalmente polarizada.

Intensidad Sonora

La intensidad de la sensación auditiva o intensidad sonora depende de la intensidad de la onda sonora y de su frecuencia. La sensación fisiológica de la audición no varía de modo lineal con la intensidad de la onda sonora, sino de modo logarítmico, es decir, somos capaces de percibir incrementos pequeños en sonidos débiles, pero necesitamos incrementos grandes para percibirlos en sonidos fuertes.