Tipos de ondas y magnitudes fundamentales: mecánicas, electromagnéticas e interferencias

Resumen

El documento explica qué es un movimiento ondulatorio y cómo se clasifican las ondas según el tipo de energía que transportan y según la dirección de vibración respecto a la propagación. Recoge las magnitudes fundamentales (amplitud, frecuencia, periodo, longitud de onda, velocidad de fase, etc.), la doble periodicidad de las ondas, las interferencias y las ondas estacionarias.

Puntos clave

Una onda transporta energía pero no materia.
Las ondas mecánicas necesitan un medio material; las electromagnéticas se propagan también en el vacío.
Las ondas longitudinales vibran en la misma dirección en que se propagan (ej. sonido); las transversales, en dirección perpendicular (ej. ondas en una cuerda).
La frecuencia se mide en hercios (Hz) y el periodo es el tiempo de una oscilación completa; la frecuencia es la inversa del periodo.
La interferencia constructiva produce amplitud máxima y la destructiva amplitud mínima o nula.
Una onda estacionaria resulta de la superposición de dos ondas de igual amplitud y frecuencia que se propagan en sentido contrario, y presenta nodos y vientres.

Ponte a prueba

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.

Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia hay entre una onda mecánica y una electromagnética?

Las ondas mecánicas transportan energía mecánica y necesitan un medio material para propagarse, como el sonido. Las electromagnéticas transportan energía electromagnética, se propagan en el vacío y consisten en campos eléctricos y magnéticos variables, como la luz.

¿Qué es una onda longitudinal y qué es una transversal?

En una onda longitudinal, la dirección de propagación coincide con la de vibración de las partículas, como ocurre con el sonido. En una onda transversal, la dirección de propagación es perpendicular a la de vibración, como en una cuerda o en las ondas electromagnéticas.

¿Qué son los nodos y los vientres en una onda estacionaria?

Los nodos son puntos fijos de la onda con amplitud cero. Los vientres son puntos de amplitud máxima, igual a 2A. Entre nodos y vientres, los puntos vibran con amplitudes comprendidas entre 0 y 2A.