INTRODUCCIÓN Es muy probable que alguna vez hayas estado por mucho tiempo observando las ondas producidas sobre la superficie del agua en un estanque, al lanzar un objeto o caer una gota sobre ella; o quizás el movimiento de las olas del mar. La mayoría de fenómenos físicos, como el sonido, la luz y los sismos, se producen porque algo que vibra en algún lugar, genera ondas que viajan por un medio material o por el espacio. En este mismo instante miles de ondas de radio, de televisión, de radiación ultravioleta y pequeñas vibraciones sísmicas circulan a nuestro alrededor. Las comodidades con que contamos en nuestro diario vivir, como la internet, telefonía móvil, televisión por cable, el horno microondas, los teléfonos inalámbricos, entre otras, se deben a la aplicación, compresión y buen uso que el hombre ha logrado del movimiento ondulatorio.

MOVIMIENTO ONDULATORIO LAS ONDAS

Se clasifican de Acuerdo a

Se caracterizan por

Mecánicas Naturaleza de La emisión

Período y frecuencia

Experimentan Fenómenos de Reflexión

Longitud de onda Electromagnéticas

Transmisión Amplitud Refracción

Transversales Forma de propagarse Longitudinales

Velocidad de propagación

Interferencia

Difracción Sentido de propagació n

Viajeras

Estacionarias

Unidimensionales Número de direcciones de propagación

Bidimensionales Tridimensionales

LAS ONDAS Para explicar la formación de una onda, tomaremos como ejemplo las “olas” humanas que se forman en los estadios de fútbol. Si has tenido la oportunidad de estar en estadio, habrás notado que estas olas se forman cuando una o varias personas se levantan de su silla y se vuelven a sentar, realizando un movimiento vertical.

Este movimiento es imitado por las personas contiguas, propagándose a todos los asistentes al estadio, si bien la ola se propaga por toda la tribuna, las personas sólo se levantan y se sientan, pero no se mueven de su puesto.

LAS ONDAS Analicemos ahora el movimiento que se produce cuando se deja caer una gota sobre la superficie del agua de un estanque. La gota produce una perturbación en el agua (igual que la primera persona que se levanta y se sienta en el estadio), que se propaga hasta la orilla del estanque en forma de círculos. Aunque la propagación se mueve con determinada velocidad, las partículas del agua no avanzan, simplemente se mueven hacia arriba y hacia abajo con respecto a un punto de equilibrio. De acuerdo a todo lo anterior podemos definir lo que es una onda: Una onda es una perturbación que avanza o que se propaga en un medio material o incluso en el vacío. A pesar de la naturaleza diversa de las perturbaciones que pueden originarlas, todas las ondas tienen un comportamiento semejante El tipo de movimiento característico de las ondas se denomina movimiento ondulatorio. Su propiedad esencial es que no implica un transporte de materia de un punto a otro, las partículas constituyentes del medio se desplazan relativamente poco respecto de su posición de equilibrio. Lo que avanza y progresa no son ellas, sino la perturbación que transmiten unas a otras, el movimiento ondulatorio supone únicamente un transporte de energía. Es claro que se presentan dos tipos de movimiento, el de la partícula del medio que vibra y el de la onda que se propaga.

CLASIFICACIÓN DE LAS ONDAS Las ondas se clasifican de acuerdo a varios aspectos: según la naturaleza o medio de propagación, según la forma de propagarse, según el sentido de propagación y según el número de direcciones en que se propaga. Según la naturaleza o medio de propagación, las ondas se clasifican en mecánicas y electromagnéticas. Las ondas mecánicas son aquellas que para propagarse necesitan de un medio físico (sólido, líquido o gas), se basan en la elasticidad de la materia. Ejemplos de este tipo de ondas son las ondas en el agua, el sonido, ondas en una cuerda. Las ondas electromagnéticas son aquellas que para poder propagarse no necesitan un medio físico, estas ondas son creadas por campos eléctricos y magnéticos variables con el tiempo. Ejemplos de estas ondas son la luz visible, las ondas de radio, las señales de TV, los rayos X; muchas de las cuales permiten el funcionamiento de algunos adminículos por todos conocidos: el control de canales de TV para hacer zapping, los TE celulares, Direct TV, internet por aire.

CLASIFICACIÓN D ELAS ONDAS

ONDA MECÁNICA

ONDA ELECTROMAGNÉTICA

CLASIFICACIÓN DE LAS ONDAS Según la forma de propagarse, las ondas se clasifican en transversales y longitudinales. Las ondas transversales son aquellas que se caracterizan porque las partículas del medio vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda, como ejemplo tenemos las ondas en una cuerda, las ondas en el agua, etc. Las ondas longitudinales son aquella en las cuales la dirección de propagación de la onda es paralela a la dirección de vibración de las partículas del medio, ejemplo de este tipo de onda son el sonido, las ondas en un resorte, etc.

ONDAS TRANSVERSALES

ONDA LONGITUDINAL

CLASIFICACIÓN DE LAS ONDAS Según el sentido de propagación las ondas se clasifican en viajeras y estacionarias. Las ondas viajeras son aquellas ondas que se desplazan libremente por el medio. Por ejemplo, si suponemos que una soga es tan larga como nosotros queramos, la onda que generamos en esta, se propagará indefinidamente por la soga. Las ondas viajeras se dividen en transversales y longitudinales. Las ondas estacionarias son aquellas ondas en las cuales, ciertos puntos de la onda llamados nodos, permanecen inmóviles. En este tipo de ondas, las posiciones donde la amplitud es máxima se conocen como antinodos, los cuales se forman en los puntos medios entre dos nodos. Cuando dos ondas de igual amplitud, longitud de onda y velocidad avanzan en sentido opuesto a través de un medio se forman ondas estacionarias. Por ejemplo, si se ata a una pared el extremo de una cuerda y se agita el otro extremo hacia arriba y hacia abajo, las ondas se reflejan en la pared y vuelven en sentido inverso.

ONDA ESTACIONARIA

CLASIFICACIÓN DE LAS ONDAS Por último, las ondas se pueden clasificar según el número de direcciones en que se propaguen, en esta clasificación tenemos las ondas unidimensionales, bidimensionales y tridimensionales. Las ondas unidimensionales son aquellas que se propagan a lo largo de una sola dirección del espacio, como las ondas en los muelles o en las cuerdas. Las ondas bidimensionales se propagan en cualquiera de las direcciones de un plano o de una superficie. Se denominan también ondas superficiales y a este grupo pertenecen las ondas que se producen en la superficie de un lago cuando se deja caer una piedra sobre él. Finalmente, las ondas tridimensionales que se propagan en las tres dimensiones del espacio, como por ejemplo la luz o el sonido

ELEMENTOS DE LAS ONDAS http://id.mind.net/~zona/mstm/physics/waves /partsOfAWave/waveParts.htm#frequency

Oscilación o ciclo: ciclo: Se le llama también fase y viene a ser el movimiento ordenado por una onda comprendida entre dos puntos consecutivos de posición semejante. •Valle Valle: Valle: punto más bajo de la onda • Cresta: Cresta: punto más alto de la onda •Longitud Longitud de onda ( λ ): Espacio que recorre una onda desde el inicio hasta el final de una oscilación. oscilación. Distancia entre dos crestas o valles http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/oscilaci sucesivos. sucesivos. ones/circular/oscila1.htm •Amplitud Amplitud: Amplitud: altura de la cresta o del http://id.mind.net/~zona/mstm/physics/wav valle. valle. es/introduction/introductionWaves.html

ELEMENTOS DE LAS ONDAS Frecuencia ( f ): Número de oscilaciones por segundo. Se mide en hertzios (Hz) 1 Hz = una oscilación en un segundo Período ( T ): tiempo que tarda en tener lugar una vibración completa. Por la propia definición, el período es el inverso de la frecuencia ((T = 1/f ) Ejemplo: Si un movimiento ondulatorio tiene una frecuencia de 4 Hz, cada vibración tardará en producirse 0’25 s. (1/4 s.) Velocidad de propagación ( v ): velocidad a la que se propaga la onda. – Recordamos que velocidad = espacio/tiempo, por lo que espacio = velocidad x tiempo, de donde podemos deducir que longitud de

onda = velocidad x período – Si tenemos en cuenta que período = 1/ frecuencia, podremos decir que longitud de onda = velocidad / frecuencia, o lo que es lo mismo, velocidad = longitud de onda x frecuencia

λ=v.T

λ=v/f

v =λ . f

VELOCIDAD DE UNA ONDA TRANSVERSAL EN UNA CUERDA Experimentalmente se puede demostrar de una manera sencilla, que la velocidad de la onda depende sólo de la tensión o fuerza ejercida sobre la cuerda y de la masa de la unidad de longitud “ ” de la cuerda.

µ

F = tensión μ = masa por unidad de longitud

m µ= L

ONDAS VIAJERAS UNIDIMENSIONALES Daremos a conocer la ecuación de una onda unidimensional. A) Cuando la onda se propaga de izquierda a derecha.

t = tiempo

A = Amplitud

K=

2π

λ

= número de onda

ω = 2πf = frecuencia angular

ONDAS VIAJERAS UNIDIMENSIONALES B) Cuando la onda se propaga de derecha a izquierda.

t = tiempo

A = Amplitud

2π

K=

λ

= número de onda

ω = 2πf = frecuencia angular

PROBLEMA No 1 Un pescador, en un bote anclado, observa que éste flota efectuando 10 oscilaciones completas en 8 s, y que se invierten 4 s, para que la cresta de la ola recorra los 16 m de su bote. ¿Cuántas ondas completas existe en cualquier instante a lo largo de la longitud del bote? Solución : 10 f = Hz 8 d 16 v = = = 4m / s t 4 Se sabe que

λ =

v f

=

4 10

Como

8 el bote

pasará

a través

16 ≈ 5 ondas 3 ,2

= 3,2 m mide

16m,

de él será

el número :

de ondas

que