Principios Fundamentales de la Física: Ondas, Luz y Electromagnetismo

Conceptos Esenciales en Física: Ondas y Electromagnetismo

Este documento explora definiciones y principios clave en la física, abarcando desde los fenómenos ondulatorios hasta las interacciones electromagnéticas fundamentales.

Difracción de Ondas

La difracción es el fenómeno que se produce cuando una onda, durante su propagación, se desvía de su trayectoria rectilínea al encontrar un obstáculo o una abertura cuyo tamaño es comparable al de su longitud de onda. Este efecto depende directamente de la longitud de onda de la onda incidente.

Reflexión de Ondas

La reflexión se produce cuando una onda incide sobre una superficie que separa dos medios y es reflejada de vuelta al primer medio. Una característica clave de la reflexión es que el rayo incidente, la normal a la superficie y el rayo reflejado se encuentran en el mismo plano. Además, el ángulo de incidencia (entre el rayo incidente y la normal) es igual al ángulo de reflexión (entre el rayo reflejado y la normal).

Refracción de Ondas

La refracción ocurre cuando una onda atraviesa la superficie que separa dos medios y se propaga por el segundo medio, modificando su velocidad de propagación y su dirección. No obstante, el rayo incidente, la normal a la superficie y el rayo refractado se encuentran en el mismo plano. Este fenómeno se rige por la Ley de Snell. Si un rayo pasa de un medio a otro con un menor índice de refracción, se 'aleja' de la normal; si pasa a un medio con un mayor índice de refracción, se 'acerca' a la normal.

Reflexión Interna Total

La reflexión interna total se produce cuando un rayo de luz incide desde un medio con mayor índice de refracción hacia uno con menor índice de refracción, y el ángulo de incidencia es tal que el rayo se refractaría alejándose tanto de la normal que no logra atravesar la superficie de separación, siendo completamente reflejado de vuelta al primer medio. Este fenómeno ocurre cuando el ángulo de incidencia supera un valor crítico conocido como ángulo límite.

Ondas Estacionarias

Una onda estacionaria es un fenómeno de superposición entre ondas idénticas que se propagan en el mismo medio en sentidos opuestos. A diferencia de las ondas viajeras, una onda estacionaria no transporta energía neta ni materia. Se caracteriza por la presencia de un modo fundamental de vibración y sus armónicos, cuyas frecuencias son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental. En una onda estacionaria se distinguen puntos fijos llamados nodos (donde la amplitud es mínima) y puntos de máxima amplitud llamados vientres.

Fuerza Magnética sobre una Carga en Movimiento (Ley de Lorentz)

La fuerza magnética (F) que actúa sobre una carga eléctrica (q) en movimiento con velocidad (v) dentro de un campo magnético (B) se describe mediante la siguiente expresión vectorial: F = q(v × B). Esta fuerza es perpendicular tanto a la velocidad de la carga como al campo magnético, y su dirección se determina por la regla de la mano derecha para el producto vectorial.

Ley de Inducción de Faraday y Ley de Lenz

La Ley de Inducción de Faraday establece que la fuerza electromotriz (f.e.m.) inducida en un circuito cerrado es proporcional a la tasa de cambio del flujo magnético que atraviesa la superficie del circuito. La Ley de Lenz complementa esto, estableciendo que el sentido de la corriente inducida es tal que se opone a la variación del flujo magnético que la produce. El sentido de la fuerza electromotriz (f.e.m.) inducida y, por ende, de la corriente, se puede determinar utilizando la regla de la mano derecha (o la regla de la mano izquierda, dependiendo de la convención y el contexto).

Campo Magnético Generado por una Corriente Rectilínea Indefinida

El campo magnético (B) creado por una corriente rectilínea indefinida es directamente proporcional a la intensidad de la corriente (I) e inversamente proporcional a la distancia (r) desde el conductor. Su magnitud se puede calcular utilizando la Ley de Biot-Savart o, para casos de alta simetría, la Ley de Ampère. Las líneas de campo magnético (B) alrededor de un conductor rectilíneo indefinido son circunferencias concéntricas en planos perpendiculares al conductor. La dirección del campo es tangencial a estas circunferencias, y su sentido se determina mediante la Regla de la Mano Derecha (o regla del pulgar).