Fundamentos de Ondas: Luz, Sonido y sus Propiedades Físicas

Conceptos Fundamentales de Ondas: Luz y Sonido

1. Las Ondas: Naturaleza y Propiedades

Una onda es una forma de propagación de energía de un punto a otro del espacio, que no va acompañada de un desplazamiento de materia. Las partes más altas de una onda se denominan crestas y las más bajas, valles.

1.1. Frecuencia

La frecuencia es el número de oscilaciones de la partícula por segundo. Su unidad en el Sistema Internacional (SI) es el hercio (Hz). Un Hz es la frecuencia de una onda que realiza una oscilación completa cada segundo.

1.2. Longitud de Onda

La longitud de onda es la distancia que hay entre dos crestas consecutivas.

Las ondas con longitud de onda pequeña son muy energéticas. A mayor longitud de onda, menor energía. Su unidad en el SI es el metro (m).

2. Luz y Sonido como Ondas

Tanto las ondas sonoras como las luminosas son tipos de ondas, pero presentan una diferencia fundamental:

• Las ondas sonoras precisan de un medio material para propagarse.
• Las ondas luminosas también pueden hacerlo en el vacío.

Por ello, percibimos la luz del Sol y del resto de las estrellas, a pesar de que tienen que atravesar un inmenso vacío entre ellas y la Tierra. Ejemplos de energía transmitida mediante ondas incluyen las ondas de radio, televisión, las olas del mar y las ondas sísmicas de los terremotos.

2.1. Fuentes Luminosas

Las fuentes luminosas pueden ser:

• Naturales: El Sol, las demás estrellas o las luciérnagas.
• Artificiales: Bombillas, velas encendidas o linternas.

Todos los cuerpos absorben parte de la luz y reflejan otra parte.

3. Comportamiento de los Cuerpos ante la Luz

Según cómo interactúan con la luz, los cuerpos se clasifican en:

• Transparentes: Dejan pasar la luz y permiten ver los objetos a través de ellos con claridad.
• Translúcidos: Dejan pasar parte de la luz que reciben, pero no permiten ver con total claridad.
• Opacos: Objetos que no dejan pasar la luz y no se puede ver a través de ellos.

3.1. Velocidad de Propagación de la Luz

En el vacío y en el aire, la velocidad de la luz es similar, en torno a 300.000 km/s. En el agua se propaga a 225.000 km/s y en el vidrio puede variar de 200.000 a 175.000 km/s. Los rayos luminosos son las líneas que representan la dirección de propagación de la luz, y al conjunto de ellos se le denomina haz de luz.

4. Fenómenos Luminosos: Sombra y Eclipses

4.1. Sombra

Cuando un objeto opaco se interpone en un rayo de luz, detrás de él se crea una silueta oscura llamada sombra. La forma de la sombra está determinada por la del cuerpo que la causa.

4.2. Eclipses

Un eclipse se produce cuando un astro se oculta parcial o totalmente porque se interpone otro que impide su visión.

• Parciales: Se oculta solo una parte del astro.
• Totales: El astro queda completamente oculto.
• Anulares: Se ve un anillo del astro ocultado (cuando el astro que oculta no cubre completamente al otro).

Ejemplos comunes de eclipses:

• Eclipse de Sol: La Luna se interpone entre el Sol y la Tierra.
• Eclipse de Luna: La Tierra se interpone entre el Sol y la Luna.

5. El Sonido: Propagación y Cualidades

El sonido necesita un medio material para propagarse, lo hace en todas direcciones, transporta energía, pero no materia.

5.1. Velocidad de Propagación del Sonido

La velocidad del sonido varía según el medio y la temperatura:

• Aire (a 20 ºC): 340 m/s
• Agua (a 0 ºC): 1500 m/s
• Hierro (a 20 ºC): 5130 m/s

5.2. Cualidades del Sonido

Las principales cualidades del sonido son:

• Intensidad: Es la cantidad de energía que llega a nuestro oído por unidad de tiempo (sonidos débiles o fuertes). Se mide en decibelios (dB).
• Tono: Determinado por su frecuencia (sonidos graves o agudos). Se mide en hercios (Hz).
• Timbre: Cualidad que nos permite distinguir sonidos de igual intensidad y tono producidos por dos fuentes sonoras diferentes.

6. Fenómenos Acústicos: Eco y Reverberación

El eco es la repetición de un mismo sonido reflejado.

Cuando el obstáculo está a menos de una distancia determinada (generalmente 17 metros para el eco audible), el sonido reflejado no se distingue claramente del directo, sino que ambos se mezclan y se confunden. Esto se conoce como reverberación. Ejemplo: cuando se habla en una habitación sin muebles.

7. Percepción del Sonido

El sonido llega al tímpano. La vibración se transmite a la cadena de huesecillos, de allí pasa al nervio auditivo y forma impulsos nerviosos que el cerebro interpreta como sonido.

8. Vocabulario Clave

A continuación, se presenta un vocabulario relevante para el estudio de ondas, luz y sonido:

• Vacuum: Vacío
• Depend on: Depender de...
• Light from: Luz que proviene de...
• Holes: Agujeros
• Aligned: Alineado
• Bounces: Rebotar
• Wave: Onda
• Surface: Superficie
• Straight line: Línea recta
• Bent: Doblado / Vencerse hacia algo
• Stem: Tallo
• Faster: Más rápido
• Therefore: Por lo tanto
• Wave pattern: Patrón de onda / Forma de onda
• Allows: Permite
• Shapes: Formas
• Source: Fuente
• Light bulbs: Bombillas
• However: Sin embargo

9. Conceptos Adicionales de Ondas

Dos puntos están en fase cuando están a la misma distancia de su punto de equilibrio y se mueven en el mismo sentido. El número de oscilaciones que se describen cada segundo se llama frecuencia (F), y se calcula como: F = N.º oscilaciones / segundo, cuya unidad es el Hz.