1- ¿Qué es una onda?
Una onda es una perturbación que se propaga. 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.
Cuando se agita una cuerda de abajo hacia arriba, el movimiento de vaivén se propaga produciendo una deformación de la forma de la cuerda.
La ondulación producida recibe el nombre de pulso de onda. Lo característico de un pulso de onda es que tiene principio y final. Esto es, su extensión es limitada.
2- Clasificación de las ondas
Las ondas se clasifican según distintos criterios como:
a) El tipo de perturbación.
b) La dirección de vibración.
c) El sentido de propagación.
2.1- Naturaleza de la perturbación:
a- Las ondas mecánicas: son perturbaciones materiales o mecánicas como un golpe, una ruptura o una vibración. Su característica principal es que para propagarse necesitan de un medio material que puede ser un sólido, un líquido o un gas
Ejemplo: una onda sísmica necesita un medio sólido (tierra) para propagarse. El sonido también se propaga, pero su medio normal es el gaseoso (aire). Otro ejemplo son las olas del mar.
b- Ondas electromagnéticas: las perturbaciones son de origen eléctrico y magnético. Las antenas emisoras de radio y televisión son de este tipo. La principal característica de este tipo de onda es que se propagan en el vacío, pero también lo pueden hacer en un medio material.
Ejemplo: la luz visible (en la foto), los rayos X, calor radiante y microondas.
2.2- Dirección de la vibración:
a- Las ondas transversales:
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Las partículas se mueven cíclicamente de arriba a abajo. La dirección en que vibran las moléculas del medio material por el que se propaga es perpendicular a la dirección en que se propaga la onda.
Ejemplo: ondas superficiales en el agua, cuerda de guitarra.
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b- Ondas longitudinales:
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Estas hacen vibrar a las moléculas del medio en la misma dirección en que se propagan.
Ejemplo: sonido emitido por platillos de una batería. Estas perturbaciones hacen que las moléculas de aire oscilen en la misma dirección en que se propaga el sonido.
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2.3- Sentido de propagación:
a- Ondas viajeras:
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La onda se propaga partiendo de una fuente y recorre grandes distancias.
Ejemplo: una Onda sísmica viaja desde el hipocentro hasta una estación de monitoreo. Mientras más lejos se propague, más débil será la vibración.
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b- Ondas estacionarias:
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Se forman cuando una onda viajera se refleja invertida respecto de la onda incidente, en un extremo de un medio dado. En este caso ambas ondas se superponen, originando una onda que pareciera estar fija.
Ejemplo: una cuerda de guitarra, flautas, el flameo de una bandera.
Las ondas estacionarias no se propagan libremente sino que están confinadas en una región del espacio.
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c- Ondas armónicas:
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Los pulsos que producen la vibración se suceden con un período fijo, es decir, están espaciadas con igual intervalo de tiempo. A este tipo de ondas se le denominaba periódicas.
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3- Elementos de una onda
3.1- Elementos espaciales
Elongación es lo que está separado de una partícula de su posición de equilibrio en un momento determinado, en cualquier instante.
a- 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.
b- Longitud: Distancia existente entre valle y valle o de cresta a cresta de una onda, también podemos definirla como la distancia que recorre una onda en un periodo. La denotaremos con la letra griega lambda λ (lambda) y su unidad de medida en el S.I. es el metro.
3.1- Elementos temporales
a- Período Tiempo necesario para completar una oscilación, ciclo o vuelta. Lo denotaremos con la letra T y su unidad de medida en el S.I. es el segundo. Entonces,
b- Frecuencia: Es el número de vibraciones u oscilaciones efectuadas en la unidad de tiempo.Lo denotaremos con la letra f y se mide en Hertz [Hz], que es equivalente a 1/s o [s -1]. Entonces,
Considerando ambas definiciones, podemos establecer que:
Frecuencia (f) y período (T) son magnitudes inversamente proporcionales. Es decir, entre más grande sea el período T, más pequeño es la frecuencia f y si el período es muy pequeño, entonces la frecuencia es muy grande.
Velocidad de propagación (V): mide la rapidez de la propagación de la onda en m/s o km/hr. Su valor numérico depende de las propiedades del medio.
Ejemplo:
1.- En la figura anterior, aparece una onda que realiza 6 ciclos en 12 segundos. Si recorre una distancia de 36 [m]. Entonces:
a. ¿Cuál es su frecuencia en Hz?
b. ¿Cuál es el período en segundos?
c. ¿Cuál será su longitud de onda?
d. ¿Cuál será su rapidez de propagación?
Solución:
Datos:
– vueltas: 6 golpes
– tiempo: 12 segundos
a.
b. , o también
c.
d.
Nota:
Consideraremos un cuerpo puntual. Cuando ese cuerpo se mueve en línea recta en torno a una posición de equilibrio se dice que tiene un movimiento vibratorio u oscilatorio. Si además siempre tarda el mismo tiempo en completar una oscilación y la separación máxima de la posición de equilibrio es siempre la misma decimos que se trata de un movimiento vibratorio armónico simple.
