Propiedades y Tipos de Ondas: Mecánicas y Electromagnéticas

ONDAS

Un movimiento ondulatorio es la propagación de una perturbación en el espacio, de tal forma que se transporta energía, pero no materia.

Tipos de Ondas

Según el tipo de energía que se propaga, las ondas pueden ser:

• Mecánicas: Transportan energía mecánica (energía cinética y potencial) y necesitan un medio material para propagarse. No se propagan en el vacío. Ejemplos: el sonido, ondas en cuerdas, ondas en el agua.
• Electromagnéticas: Transportan energía electromagnética y se propagan en el vacío. Lo que se propaga son campos eléctricos (E) y magnéticos (B) variables. Ejemplos: la luz, las microondas, rayos láser, ondas de radio y televisión.

Clasificación según la Dirección de Propagación y Vibración

Según la relación entre la dirección de propagación de la onda y la dirección de vibración de las partículas o campos, las ondas pueden ser:

• Longitudinales: La dirección de propagación de la onda y la vibración de las partículas del medio coinciden. Ejemplo: el sonido.
• Transversales: La dirección de propagación de la onda es perpendicular a la dirección de vibración de las partículas del medio o de los campos. Ejemplos: ondas en una cuerda, todas las ondas electromagnéticas.

Magnitudes Fundamentales de una Onda

Las magnitudes fundamentales de una onda son:

• Amplitud (A): Es la distancia máxima entre la posición de una partícula y la posición de equilibrio. Cualquier partícula se moverá entre A y -A. Se mide en metros (m).
• Frecuencia angular o pulsación (ω): Es el número de oscilaciones completas en 2π unidades de tiempo. Se mide en radianes por segundo (rad/s).
• Frecuencia (f): Es el número de oscilaciones en 1 segundo. Se mide en hercios (Hz).
• Periodo (T): Es el tiempo que tarda una partícula de la onda en realizar una oscilación completa. También es el tiempo que tarda la onda en viajar una longitud de onda (λ).
• Longitud de onda (λ): Es la distancia mínima entre dos puntos del medio en igualdad de fase. Se mide en metros (m).
• Número de ondas (k): Es el número de longitudes de onda que caben en 2π metros. Se mide en m^-1.
• Velocidad de fase (velocidad de onda o de propagación): Es la velocidad a la que viaja la onda. Depende de las características del medio. Se mide en m/s.
• Fase inicial (φ): Se mide en radianes y está relacionada con la elongación de la partícula situada en el foco (x = 0) en el instante inicial (t = 0).

Doble Periodicidad de una Onda

En las ondas se da una doble periodicidad:

• Periodicidad espacial: Los puntos que están separados una distancia múltiplo de la longitud de onda (λ) se encuentran en el mismo estado de vibración (misma elongación, velocidad y aceleración).
• Periodicidad temporal: Si nos fijamos en un punto concreto de la onda, este punto repite su movimiento cada período (T) de tiempo. Su estado de vibración (elongación, velocidad y aceleración) será el mismo en el instante t y en los instantes t + T, t + 2T, t + 3T...

Interferencias y Ondas Estacionarias

Interferencias

Las interferencias tienen lugar cuando dos o más ondas se superponen en un punto o zona del espacio.

• Interferencia constructiva: La amplitud de la onda resultante es máxima. Ocurre cuando la diferencia entre las distancias de los focos al punto es múltiplo de la longitud de onda (las dos ondas llegan al punto en fase).
• Interferencia destructiva: La amplitud de la onda resultante es mínima o cero. Ocurre cuando la diferencia entre las distancias de los focos al punto es un múltiplo impar de λ/2 (las ondas llegan en oposición de fase).

Ondas Estacionarias

Una onda estacionaria es la onda resultante de la interferencia de dos ondas de la misma amplitud y frecuencia que se propagan en sentido contrario.

Resulta una onda cuyos puntos no tienen la misma amplitud. Habrá puntos fijos (A = 0) llamados nodos, puntos de amplitud máxima (2A) llamados vientres, y entre los nodos y los vientres, los puntos vibrarán con amplitudes comprendidas entre 0 y 2A.