Movimiento Ondulatorio y Sonido: Propagación, Características y Fenómenos

Movimiento Ondulatorio

El movimiento ondulatorio es la propagación de un movimiento vibratorio a través de un medio. La perturbación originada se llama onda, y mediante ella se transmite energía de un punto a otro del medio sin transportar materia.

Características de una Onda

• Elongación (y): distancia de cada partícula vibrante a su posición de equilibrio.
• Amplitud (A): distancia máxima de una partícula a su posición de equilibrio o elongación máxima.
• Ciclo: recorrido que realiza cada partícula desde que inicia una vibración hasta que vuelve a su posición inicial.
• Longitud de onda (λ): distancia mínima entre dos partículas que vibran en fase, es decir, tienen la misma elongación en todo momento.
• Número de onda (k): número de longitudes de onda que hay en la unidad de longitud (k = 1/λ).
• Velocidad de propagación (v): velocidad con la que se propaga la onda; espacio recorrido por la onda en determinada unidad de tiempo.
• Período (T): tiempo en que una partícula realiza una vibración completa o tiempo que tarda la onda en recorrer el espacio entre dos partículas que vibran en fase.
• Frecuencia (f): número de oscilaciones de las partículas vibrantes por segundo (f = 1/T).
• Frente de onda: lugar geométrico que une a todos los puntos que, en un instante dado, están en igual estado de vibración.

Clasificación de las Ondas

Según la dirección de vibración de las partículas y propagación de la onda:

• Longitudinales: las partículas vibran en la misma dirección en que se propaga la onda.
• Transversales: las partículas vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.

Según su dimensión:

• Unidimensionales
• Bidimensionales
• Tridimensionales

Según el medio de propagación:

• Mecánicas: necesitan un medio material para propagarse.
• Electromagnéticas: no necesitan un medio material para propagarse.

Fenómenos Ondulatorios

Difracción

Capacidad de las ondas para rodear obstáculos. Cuando una onda llega a un obstáculo cuyas dimensiones son similares a su longitud de onda, el obstáculo se convierte en un nuevo foco emisor de la onda.

Interferencia

Superposición de dos o más ondas. La interferencia resultante depende de la longitud de onda, la amplitud y la distancia entre las ondas.

• Interferencia constructiva: las ondas se superponen en fase, resultando en una onda de mayor amplitud que las ondas incidentes.
• Interferencia destructiva: las ondas se superponen en antifase, resultando en una onda de menor amplitud.

Sonido

El sonido es una forma de energía provocada por la vibración de un cuerpo que se propaga mediante ondas mecánicas. Para que exista sonido, debe haber un foco emisor, un medio elástico y un detector. La propagación del sonido es tridimensional. La velocidad de propagación dependerá de la cercanía de las partículas del medio.

Cualidades del Sonido

• Intensidad: energía transmitida por la onda sonora que atraviesa la unidad de superficie en cada unidad de tiempo.
• Tono: frecuencia con que vibran las partículas del medio (agudo o grave).
• Timbre: cualidad del sonido que permite distinguir la misma frecuencia producida por dos elementos distintos.

Otros Fenómenos Sonoros

Resonancia

Vibración de un objeto inducido por otro próximo a él. Por ejemplo, el ruido de un camión puede hacer vibrar las ventanas de un auto si el ruido tiene la misma frecuencia natural de vibración del vidrio.

Reflexión

Las ondas de baja frecuencia (longitud de onda muy grande) rodean los obstáculos.

Reverberación

Similar a la reflexión, pero ocurre en lugares amplios, cerrados y vacíos. Se produce una prolongación del sonido una vez extinguido el original debido a las ondas reflejadas (retardo no superior a 0,1 segundos).

Ondas Estacionarias

Superposición de dos ondas de igual amplitud y frecuencia que se mueven en un mismo medio en direcciones opuestas. Se forman nodos, que son puntos que no vibran, y antinodos, que vibran con amplitud máxima igual al doble de la amplitud de las ondas que interfieren. La distancia entre dos nodos consecutivos es media longitud de onda. La velocidad de la onda es constante a menos que cambie la tensión del medio (si la velocidad es constante, la longitud de onda y la frecuencia son inversamente proporcionales).