Física Materia Nº1: Ondas y Sonido

Ondas

1. Onda:Es una perturbación que viaja a través de un medio elástico, ya sea sólido, líquido, gaseoso o en algunos casos a través del vacío. Transportan energía sin que exista desplazamiento de materia. Se pueden clasificarse según varios criterios.1.1. Clasificación de las ondas:

1. Según el medio de propagación:a) Ondas mecánicas: Son aquellas que necesitan de un medio elástico, material, que vibre. Se generan por perturbaciones mecánicas, como golpes. Un ejemplo son las ondas de sonido.b) Ondas electromagnéticas: Ondas que se propagan en el vacío, ya que no necesitan de un medio material para hacerlo. Son generadas por la oscilación del campo eléctrico y magnético, los que son inseparables. El campo eléctrico y magnético oscilan perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.

Otra característica general de las ondas electromagnéticas es la velocidad de propagación, que en el vacío alcanza un valor de 300.000kms, velocidad con la cual seríamos capaces de dar una vuelta a la Tierra en 20 milisegundos. Ejemplo de éstas son la luz y las ondas de radio.

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2. Según la periodicidad de la fuente que origina la onda.a) Ondas periódicas: La perturbación que las origina se produce periódicamente, repitiéndose la misma onda en el tiempo.b) Ondas no periódicas: También llamadas pulsos, son ondas que no se repiten de la misma forma en el tiempo, debido a que la perturbación que las origina se da de forma aislada.

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3. Según el sentido de propagación.a) Ondas estacionarias: Se origina de la superposición de dos ondas, la incidente y la reflejada,que poseen la misma frecuencia, amplitud y dirección, pero con sentidos opuestos de propagación. Las ondas estacionarias se encuentran en medios limitados como un tubo lleno de aire,una cubeta de agua o una cuerda. En los límites del medio de propagación de la oscilación se produce la reflexión de la onda incidente, las que interfieren generando una nueva onda, la cual se denomina estacionaria debido a que posee puntos que están inmóviles o estacionarios los cuales son llamados nodos.

Figura 1: Una onda estacionaria es la resultante de la superposición de dos ondas con la misma frecuencia,amplitud y dirección, pero con sentidos de propagación opuestos.* Nodos: Se llama nodo a todos los puntos de una onda estacionaria en donde la elongación es nula, y por lo tanto la energía es mínima. La distancia entre dos nodos consecutivos es siempre λ2.* Antinodos: Puntos de una onda estacionaria en donde la elongación es máxima, por lo tanto, la energía es también lo es. Están a media distancia entre dos nodos.b) Ondas viajeras: Son aquellas que se propagan desde una fuente en un sentido único, disminuyendo su amplitud a medida que pasa el tiempo.

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4. Según la dirección de movimiento de las partículas.a) Ondas transversales: Son aquellas en donde las partículas del medio vibran perpendicularmente al movimiento de propagación de la onda. Por ejemplo las ondas en el agua y las ondas electromagnéticas como la luz.b) Ondas longitudinales: Son aquellas en donde las partículas del medio vibran en la misma dirección de la onda, por ejemplo el sonido y las ondas sísmicas.

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5. Según su número de dimensiones.a) Ondas unidimensionales: Se propagan a lo largo de una sola dirección del espacio. Una cuerda vibrando es un ejemplo de esto.b) Ondas bidimensionales: Se propagan en dos direcciones, esto es sobre un plano, por lo que se les conoce también como ondas superficiales. Un ejemplo son las ondas producidas en el agua al lanzar una piedra.c) Ondas tridimensionales: Se propagan en tres direcciones, la mayoría de las veces en forma de esferas. El sonido y las ondas electromagnéticas son ejemplo de esto.

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1.2. Características del movimiento ondulatorio.1.2.1. CrestaPunto que ocupa la posición más alta en una onda.1.2.2. VallePunto que ocupa la posición más baja en una onda.

1.2.3. Amplitud.Distancia medida desde el eje de simetría a la cresta o valle. En el caso de una onda mecánica es la elongación máxima que alcanza una partícula en medio de una vibración y es proporcional a la energía transmitida por la onda. La denotaremos con la letra A y su unidad de medida en el S.I. es el metro.1.2.4. PeríodoTiempo necesario para completar una oscilaci´on. Lo denotaremos con la letra T y su unidad de medidaen el S.I. es el segundo.1.2.5. FrecuenciaNúmero de oscilaciones que realiza una onda por segundo. Su unidad de medida en el S.I. es el Hertz [Hz], que es es equivalente a [s^−1]. Podemos calcular la frecuencia f como sigue: f =1/TNotar que entre más grande sea el período T, más pequeño será la frecuencia f y si el período es muy pequeño, entonces la frecuencia es muy grande. Esto quiere decir que f y T son inversamente proporcionales.