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Las ondas son perturbaciones que se propagan por el espacio sin transportar materia, solo energía.
El elemento que provoca una ola se llama fuente, por ejemplo, una piedra arrojada al agua de un río generará ondas circulares.
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Ondas circulares en la superficie de un líquido.
Ondas circulares en la superficie de un líquido.
Ejemplos de ondas son: ondas oceánicas, ondas de radio, sonido, luz, rayos X, microondas, entre otros.
La parte de la física que estudia las ondas y sus características se llama onda.
Características de las olas
Para caracterizar las olas utilizamos las siguientes cantidades:
- Amplitud: corresponde a la altura de la ola, marcada por la distancia entre el punto de equilibrio (reposo) de la ola y la cresta. Tenga en cuenta que la «cresta» indica el punto máximo de la ola, mientras que el «valle» representa el punto mínimo.
- Longitud de onda: Representada por la letra griega lambda (λ), es la distancia entre dos valles o dos crestas sucesivas.
- Velocidad: representada por la letra (v), la velocidad de una onda depende del medio en el que se propaga. Por tanto, cuando una onda cambia su medio de propagación, su velocidad puede cambiar.
- Frecuencia: representada por la letra (f), en el sistema internacional la frecuencia se mide en hercios (Hz) y corresponde al número de oscilaciones de la onda en un intervalo de tiempo determinado. La frecuencia de una onda no depende del medio de propagación, solo de la frecuencia de la fuente que produjo la onda.
- Curso del tiempo: representado por la letra (T), el período corresponde al tiempo de una longitud de onda. En el sistema internacional, la unidad de medida para el período es segundos (s).
Tipos de olas
En cuanto a naturaleza, hay dos tipos de ondas:
- Ondas mecánicas: para que se produzca la propagación, las ondas mecánicas necesitan un medio material, por ejemplo, ondas sonoras y ondas en una cuerda.
- Ondas electromagnéticas: en este caso, no hay necesidad de un medio material para que la onda se propague, por ejemplo, ondas de radio y luz.
Clasificación de olas
De acuerdo a dirección de propagación de la onda, se clasifican en:
- Ondas unidimensionales: ondas que se propagan en una dirección.
Ejemplo: olas en una cuerda. - Ondas bidimensionales: ondas que se propagan en dos direcciones.
Ejemplo: ondas que se propagan por la superficie de un lago. - Ondas tridimensionales: ondas que se propagan en todas las direcciones posibles.
Ejemplo: ondas sonoras.
Las olas también se pueden clasificar según el dirección de vibración:
- Ondas longitudinales: la vibración de la fuente es paralela al desplazamiento de la onda.
Ejemplo: ondas sonoras
- Ondas transversales: la vibración es perpendicular a la propagación de la onda.
Ejemplo: saludar con una cuerda.
Fórmulas
Relación entre período y frecuencia
El período es el inverso de la frecuencia.
Así:
Velocidad de propagación
La velocidad también se puede calcular en función de la frecuencia, reemplazando el período por el inverso de la frecuencia.
Tenemos:
Ejemplo
¿Cuál es el período y la velocidad de propagación de una onda con una frecuencia de 5 Hz y una longitud de onda de 0,2 m?
Dado que el período es el inverso de la frecuencia, entonces:
Para calcular la velocidad usamos la longitud de onda y la frecuencia, así:
Fenómenos ondulatorios
Reflexión
Una onda que se propaga en un entorno determinado cuando se encuentra con un obstáculo puede sufrir una reflexión, es decir, invertir la dirección de propagación.
Tras la reflexión, la longitud de onda, la velocidad de propagación y la frecuencia de la onda no cambian.
Un ejemplo es cuando una persona grita en un valle y escucha el eco de su voz unos segundos después.
A través del reflejo de la luz podemos ver nuestra propia imagen en una superficie pulida.
Imagen reflejada en la tranquila superficie de un lago
Refracción
La refracción es un fenómeno que ocurre cuando una onda cambia el medio de propagación. En este caso, puede haber un cambio en el valor de la velocidad y en la dirección de propagación.
Las olas en una playa rompen paralelas a la orilla, debido al fenómeno de refracción. El cambio en la profundidad del agua (medio de propagación) hace que cambie la dirección de las olas, haciéndolas paralelas a la orilla de la playa.
Difracción
Las olas rodean los obstáculos. Cuando esto ocurre, decimos que la onda sufrió difracción.
La difracción nos permite escuchar, por ejemplo, a una persona que está al otro lado de una pared.
Al pasar por un obstáculo, las olas se dispersan.
Interferencia
Cuando dos ondas se encuentran, se produce una interacción entre sus amplitudes llamada interferencia.
La interferencia puede ser constructiva (aumento de amplitud) o destructiva (disminución de amplitud).
Ondas estacionarias
Las ondas estacionarias se producen a partir de la superposición de ondas periódicas iguales y direcciones opuestas.
Cuando se produce una interferencia constructiva y destructiva, presentan puntos que vibran y otros que no vibran.
Podemos producir ondas estacionarias en una cuerda con los extremos fijos, como por ejemplo, en las cuerdas de una guitarra.
