Ondas mecánicas y electromagnéticas: conceptos, magnitudes y fórmulas de la física
Ondas mecánicas: concepto y tipos
Una onda es una perturbación que se propaga por el espacio transportando energía, mediante un efecto en cadena: una perturbación inicial (fuente) altera las partículas del medio y estas transmiten la perturbación a las siguientes.
Tipos de ondas según la dirección de oscilación
- Transversales: las partículas del medio oscilan en dirección perpendicular a la dirección de propagación.
- Longitudinales: las partículas oscilan en la misma dirección en la que se propaga la onda.
Partes y magnitudes fundamentales
- Cresta y valle: la cresta es el punto más alto de una onda y el valle es el punto más bajo.
- Amplitud (A): es la altura máxima de la onda respecto a su posición de equilibrio.
- Longitud de onda (λ): es la distancia entre dos puntos que se encuentran en el mismo estado de vibración.
- Periodo (T): es el tiempo que tarda en completarse un ciclo o una oscilación.
- Frecuencia (f): es la cantidad de oscilaciones o ciclos que se producen por unidad de tiempo.
Unidades de medida (S.I.)
- Frecuencia: hertz (Hz), que equivale a un ciclo por segundo (1/s).
- Velocidad de propagación: metros por segundo (m/s).
- Longitud de onda: metros (m).
Fórmulas fundamentales
v = d/t | v = λ × f | v = λ/T | f = 1/T o T = 1/f (la frecuencia y el periodo son inversamente proporcionales).
Medio de propagación
Cambio de velocidad
La velocidad de una onda depende de las propiedades elásticas e inerciales del medio (por ejemplo, el sonido viaja más rápido en el agua que en el aire).
Frecuencia constante
Cuando una onda pasa de un medio a otro, su velocidad y su longitud de onda cambian, pero su frecuencia permanece constante, porque depende exclusivamente de la fuente que genera la onda.
Naturaleza de la luz
La luz es una onda electromagnética y, a diferencia de las ondas mecánicas (como el sonido), no necesita un medio material para propagarse: puede viajar por el vacío.
Relación energía, frecuencia y longitud de onda
A mayor frecuencia (y menor longitud de onda), mayor es la energía que transporta una onda. Por ejemplo, el violeta transporta más energía que el rojo.
Dispersión
Al pasar por un prisma, la luz blanca se separa porque cada color tiene una longitud de onda distinta y se desvía de manera diferente.
Preguntas y respuestas
¿Qué sucede con el periodo de una onda cuando disminuye la frecuencia?
El periodo aumenta, ya que son magnitudes inversamente proporcionales. Si vibra menos veces por segundo, cada ciclo tarda más tiempo en completarse.
¿Qué le sucede al periodo de un objeto si triplicamos su frecuencia?
El periodo se reduce a la tercera parte (1/3) debido a su relación inversa.
¿Qué sucede con la longitud de onda cuando disminuye la frecuencia?
La longitud de onda aumenta. Según la ecuación de onda (v = λ × f), si la velocidad se mantiene constante y la frecuencia disminuye, la longitud de onda debe aumentar.
En términos de la longitud de onda, ¿qué distancia recorre una onda en un periodo?
Recorre exactamente λ, ya que el periodo es el tiempo que tarda en completarse un ciclo completo.
Si la rapidez de una onda se duplica mientras la longitud de onda se mantiene constante, ¿qué sucede con la frecuencia?
La frecuencia se duplica, ya que al mantenerse fija la longitud de onda, un aumento en la velocidad exige que los ciclos ocurran más rápidamente en el mismo lapso de tiempo.