Reflexión, refracción e interferencia de ondas: leyes y ondas estacionarias

Propiedades de las Ondas

Reflexión

La reflexión es el fenómeno que ocurre cuando las ondas que se propagan en un medio homogéneo chocan contra un obstáculo, cambiando su dirección o sentido. El ángulo de incidencia (i) es el ángulo formado entre la dirección de la onda incidente y la normal a la superficie reflectora. El ángulo de reflexión (r) es el ángulo formado entre la normal y la dirección de la onda reflejada.

Leyes de la reflexión:

1. El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión: i = r.
2. El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal a la superficie reflectora se encuentran en el mismo plano.

Refracción

La refracción es el cambio de dirección que experimentan las ondas al pasar oblicuamente de un medio a otro en el que se propagan con diferente velocidad. El ángulo de incidencia (α₁) es el ángulo formado entre la dirección de la onda incidente y la normal a la superficie refractora. El ángulo de refracción (α₂) es el ángulo formado entre la normal y la dirección de la onda refractada.

Leyes de la refracción:

1. El rayo incidente, el rayo refractado y la normal a la superficie refractora se encuentran en el mismo plano.
2. Se cumple la ley de Snell.

Interferencia

La interferencia es una característica importante de los movimientos ondulatorios. Se produce cuando dos o más ondas coinciden en la misma región del espacio y al mismo tiempo.

¿Luz más luz puede producir oscuridad?

CIERTO. Cuando dos ondas de luz iguales interfieren, se producen mínimos de interferencia donde la amplitud de vibración resultante es nula (A = A₁ - A₂ = 0). En esos puntos, la iluminación es nula, demostrando que la suma de dos luces puede producir oscuridad.

Interferencia de ondas

Consideremos dos fuentes O₁ y O₂ que oscilan en fase con la misma frecuencia angular (ω) y amplitudes A₁ y A₂. Sus ondas esféricas armónicas monocromáticas son:

y₁(t) = A₁ sen(ωt - kr₁) y y₂(t) = A₂ sen(ωt - kr₂)

donde r₁ y r₂ son las distancias desde cualquier punto a O₁ y O₂. La amplitud de la onda resultante en un punto P del medio será A.

Se produce interferencia constructiva (máximo refuerzo) o destructiva (máxima atenuación).

Ondas Estacionarias

Una onda estacionaria es un caso particular de interferencia que resulta del encuentro de dos ondas iguales que se propagan en la misma dirección, pero en sentidos opuestos.

Las ondas estacionarias presentan puntos inmóviles (nodos) y puntos con amplitud máxima (vientres). No hay transporte de energía en las ondas estacionarias, a diferencia de las ondas viajeras, que propagan energía desde un centro emisor.

Nivel de Intensidad Sonora

La intensidad del sonido (I) en un punto se define como la energía que transmite la onda sonora por segundo a través de la unidad de superficie perpendicular a la dirección de propagación. Su unidad es el W/m². El oído humano percibe intensidades entre 1 W/m² y 10^-12 W/m².

La intensidad sonora o sonoridad (S) se define como S = 10 log (I/I₀), donde I₀ = 10^-12 W/m² (sonido más débil que oímos). La unidad de intensidad sonora es el decibel (dB). El nivel umbral de intensidad es 0 dB y el máximo (sensación dolorosa) es 120 dB.

¿La velocidad de propagación del sonido depende del medio?

Cierto. La velocidad de propagación del sonido depende del medio, pero es independiente de la fuente sonora.