ONDAS - ONDAS TRANSVERSALES - LONGITUDINALES

ONDAS

Longitud de onda λ, se puede medir entre dos puntos correspondientes en una forma de onda.

En física, una onda (del latín unda) consiste en la propagación de una perturbación de alguna propiedad del espacio, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético, implicando un transporte de energía sin transporte de materia. El espacio perturbado puede contener materia (aire, agua, etc) o no (vacío).

La magnitud física cuya perturbación se propaga en el medio se expresa como una función tanto de la posición como del tiempo . Matemáticamente se dice que dicha función es una onda si verifica la ecuación de ondas:

donde es la velocidad de propagación de la perturbación. Por ejemplo, ciertas perturbaciones de la presión de un medio, llamadas sonido, verifican la ecuación anterior, aunque algunas ecuaciones no lineales también tienen soluciones ondulatorias, por ejemplo, un solitón.

Una vibración puede definir las características necesarias y suficientes que caracterizan un fenómeno como onda. El término suele ser entendido intuitivamente como el transporte de perturbaciones en el espacio, donde se considera el espacio como un medio en el que pueden producirse y propagarse dichas perturbaciones a través de él, al variar alguna de sus propiedades medibles.

La teoría de ondas se conforma como una característica rama de la física que se ocupa de las propiedades de los fenómenos ondulatorios independientemente de cual sea su origen físico (Ostrovsky y Potapov, 1999). Una peculiaridad de estos fenómenos ondulatorios es que a pesar de que el estudio de sus características no depende del tipo de onda en cuestión, los distintos orígenes físicos que provocan su aparición les confieren propiedades muy particulares que las distinguen de unos fenómenos a otros. Por ejemplo, la acústica se diferencia de la óptica en que las ondas sonoras están relacionadas con aspectos más mecánicos que las ondas electromagnéticas (que son las que gobiernan los fenómenos ópticos). Conceptos tales como masa, cantidad de movimiento, inercia o elasticidad son conceptos importantes para describir procesos de ondas sonoras, a diferencia de en las ópticas, donde estas no tienen una especial relevancia. Por lo tanto, las diferencias en el origen o naturaleza de las ondas producen ciertas propiedades que caracterizan cada onda, manifestando distintos efectos en el medio en que se propagan (por ejemplo, en el caso del aire: vórtices, ondas de choque; en el caso de los sólidos: dispersión; y en el caso del electromagnetismo presión de radiación).

ELEMENTOS DE UNA ONDA

Cresta: La cresta es el punto de máxima elongación o máxima amplitud de onda; es decir, el punto de la onda más separado de su posición de reposo.

Período (): El periodo es el tiempo que tarda la onda en ir de un punto de máxima amplitud al siguiente.

Amplitud (): La amplitud es la distancia vertical entre una cresta y el punto medio de la onda. Nótese que pueden existir ondas cuya amplitud sea variable, es decir, crezca o decrezca con el paso del tiempo.

Frecuencia (): Número de veces que es repetida dicha vibración por unidad de tiempo. En otras palabras, es una simple repetición de valores por un período determinado.

$${\displaystyle T={\frac {1}{f}}}

Valle: Es el punto más bajo de una onda.

Longitud de onda (): Es la distancia que hay entre el mismo punto de dos ondulaciones consecutivas, o la distancia entre dos crestas consecutivas.

Nodo: es el punto donde la onda cruza la línea de equilibrio.

Elongación (): Es la distancia que hay, en forma perpendicular, entre un punto de la onda y la línea de equilibrio.

Ciclo: es una oscilación, o viaje completo de ida y vuelta.

Velocidad de propagación (: es la velocidad a la que se propaga el movimiento ondulatorio. Su valor es el cociente de la longitud de onda y su período.

$$

Características

Las ondas periódicas están caracterizadas por crestas o montes y valles, y usualmente es categorizada como longitudinal o transversal. Una onda transversal es aquella con las vibraciones perpendiculares a la dirección de propagación de la onda; ejemplos incluyen ondas en una cuerda y ondas electromagnéticas. Onda longitudinal es aquella con vibraciones paralelas en la dirección de la propagación de las ondas; ejemplos incluyen ondas sonoras.

Cuando un objeto corte hacia arriba y abajo en una onda en un estanque, experimenta una trayectoria orbital porque las ondas no son simples ondas transversales sinusoidales.

Ondas en la superficie de una cuba son realmente una combinación de ondas transversales y longitudinales; por lo tanto, los puntos en la superficie siguen caminos orbitales.

Todas las ondas tienen un comportamiento común bajo un número de situaciones estándar. Todas las ondas pueden experimentar los siguientes fenómenos:

Difracción. Ocurre cuando una onda al topar con el borde de un obstáculo deja de ir en línea recta para rodearlo.

Efecto Doppler. Efecto debido al movimiento relativo entre la fuente emisora de las ondas y el receptor de las mismas.

Interferencia. Ocurre cuando dos ondas se combinan al encontrarse en el mismo punto del espacio.

Reflexión. Ocurre cuando una onda, al encontrarse con un nuevo medio que no puede atravesar, cambia de dirección.

Refracción. Ocurre cuando una onda cambia de dirección al entrar en un nuevo medio en el que viaja a distinta velocidad.

Onda de choque. Ocurre cuando varias ondas que viajan en un medio se superponen formando un cono.

ONDAS TRANSVERSALES

Una onda transversal es una onda en la que cierta magnitud vectorial presenta oscilaciones en alguna dirección perpendicular a la dirección de propagación. Para el caso de una onda mecánica de desplazamiento, el concepto es ligeramente sencillo, la onda es transversal cuando las vibraciones de las partículas afectadas por la onda son perpendiculares a la dirección de propagación de la onda. Las ondas electromagnéticas son casos especiales de ondas transversales donde no existe vibración de partículas, pero los campos eléctricos y magnéticos son siempre perpendiculares a la dirección de propagación, y por tanto se trata de ondas transversales.

Si una onda transversal se mueve en el plano x-positivo, sus oscilaciones van en dirección arriba y abajo que están en el plano y-z.

Manteniendo una traza se compara la magnitud del movimiento aleatorio y el desplazamiento en instantes sucesivos y se aprecia el avance de la onda. Transcurrido un tiempo la persistencia de la traza muestra como todos los puntos pasan por todos los estados de vibración. Sin embargo para conocer como cambia el desplazamiento con el tiempo resulta más práctico observar otra gráfica que represente el movimiento de un punto. Los puntos en fase con el seleccionado vibran a la vez y están separados por una longitud de onda. La velocidad con que se propaga la fase es el cociente entre esa distancia y el tiempo que tarda en llegar. Cualquier par de puntos del medio en distinto estado de vibración están desfasados y si la diferencia de fase es 180º diremos que están en oposición. En este caso los dos puntos tienen siempre valor opuesto del desplazamiento como podemos apreciar en el registro temporal. Este tipo de onda transversal igualmente podría corresponder a las vibraciones de los campos eléctrico y magnético en las ondas electromagnéticas. Una onda electromagnética que puede propagarse en el espacio vacío no produce desplazamientos puntuales de masa.

Ejemplos

Ejemplos de onda transversales incluyen ondas sísmicas secundarias, el movimiento de los campos eléctricos (E) y magnéticos (V) en una onda plana electromagnética, donde ambos oscilan perpendicularmente entre sí, así como en dirección de la transferencia de energía. Por lo tanto, una onda electromagnética consta de dos ondas transversales, la luz visible es un ejemplo de onda electromagnética. Véase Espectro electromagnético para información de distintos tipos de onda electromagnética.

ONDAS LONGITUDINALES

Las ondas longitudinales son ondas en las que el desplazamiento a través del medio está en la misma dirección o en la dirección opuesta a la dirección de desplazamiento de la onda.

Las ondas longitudinales mecánicas también se llaman ondas de compresión u ondas de compresibilidad, ya que producen compresión y rarefacción cuando viaja a través de un medio, y las ondas de presión producen aumentos y disminuciones en la presión.

La primera figura ilustra el caso de una onda sonora. Si el centro de la figura es un foco puntual generador de la onda, los frentes de onda se desplazan alejándose del foco, transmitiendo el sonido a través del medio de propagación, por ejemplo aire.

Por otra parte, cada partícula de un frente de onda cualquier oscila en dirección de la propagación, inicialmente es empujada en la dirección de propagación por efecto del incremento de presión provocado por el foco, retornando a su posición anterior por efecto de la disminución de presión provocada por su desplazamiento. De esta manera, las consecutivas capas de aire (frentes) se empujando unas a otras transmitiendo el sonido, y por esa razón las ondas sonoras son ondas longitudinales, y necesitan de un medio material para desplazarse (sólido, líquido o gas).

El otro tipo principal de onda es la onda transversal, en la que los desplazamientos a través del medio son en ángulo recto hacia la dirección de propagación. Algunas ondas transversales son mecánicas, lo que significa que la onda necesita un medio por donde viajar. Las ondas mecánicas transversales también se llaman "ondas T" o "ondas de corte".

Ejemplos de ondas longitudinales

Se incluye en el concepto de onda longitudinal: las ondas de sonido (vibraciones en la presión, desplazamiento de partículas y velocidad de las partículas propagada en un medio elástico) y las ondas sísmicas de tipo P (creadas por los terremotos y explosiones).

En las ondas longitudinales, el desplazamiento del medio es paralelo a la propagación de la onda, lo que significa que una onda que se propaga en la longitud de un muelle (Slinky toy), donde la distancia entre los bucles aumenta y disminuye, es una buena visualización. Las ondas de sonido en el aire son ondas de presión longitudinales.