Movimiento Ondulatorio: Transmisión de Energía

El movimiento ondulatorio es la transmisión de energía sin que exista un movimiento neto de las partículas del medio.

Medio en Equilibrio

Un medio en equilibrio se define cuando cualquier propiedad del medio permanece invariable con el tiempo.

Ejemplos de Medios

• Cuerda: La propiedad es la posición de cada punto respecto a la horizontal.
• Gas: La propiedad es la presión. En el interior del recinto, sin estar en equilibrio, la distribución de partículas es homogénea.
• Agua en cubeta: La propiedad es la superficie libre.

Perturbación

Una perturbación se produce cuando en un medio el valor de la propiedad se aparta de la situación de equilibrio. Al provocar una onda, la perturbación avanza a lo largo del medio sin que el medio se desplace. Conforme avanza la perturbación, avanza la energía porque el estado del medio es diferente al que tenía en la situación de equilibrio.

Onda

Una onda es la propagación de una perturbación en un medio sin un desplazamiento del mismo.

Clasificación de las Ondas

1. Según la Dirección de Propagación y Vibración

• Transversales: La dirección de propagación (eje x) y la de vibración (eje y) son perpendiculares. Ejemplos: ondas en cuerda, ondas en la superficie del agua y luz.
• Longitudinales: Las direcciones de propagación y de vibración coinciden. Ejemplos: ondas de presión y sonido.

2. Según la Necesidad de un Medio Material

• Mecánicas: Necesitan un medio material para propagarse. Ejemplos: onda en cuerda, onda en la superficie del agua y sonido.
• Electromagnéticas: Se propagan en todos los medios, incluso en el vacío. La velocidad de la luz en el vacío es c = 3 x 10⁸ m/s.

3. Según las Direcciones de Propagación

• Unidimensionales o Lineales: Propagación en una dirección. Ejemplo: onda en una cuerda.
• Superficiales: Propagación en dos direcciones (plano). Ejemplo: onda en la superficie del agua.
• Esféricas: Propagación en tres direcciones o en todas. Ejemplos: luz y sonido.

[SONIDO: onda longitudinal, mecánica, esférica. LUZ: onda transversal, electromagnética, esférica].

Frente de Onda y Rayo

Estos dos parámetros tienen especial interés para ondas esféricas.

• Frente de onda: Conjunto de puntos que son alcanzados en el mismo instante por la perturbación.
• Rayo: Dirección perpendicular al frente de onda trazada desde el foco.

Onda Armónica

Una onda armónica es una onda en la que se repite en un medio el estado de oscilación o vibración en intervalos de tiempo siempre iguales.

Oscilador y Cuerda

• Oscilador (muelle): Realiza un movimiento de vaivén de tal forma que cada cierto tiempo, y siempre el mismo, se encuentra en idéntica posición.
• Cuerda (medio): Como la cuerda está conectada al muelle, repite a lo largo de ella todas las oscilaciones que hace el muelle. La oscilación que se propaga en la cuerda es repetitiva. El tiempo en que se tarda en repetir la oscilación se denomina periodo.

Parámetros de la Onda Armónica

• Periodo (T): Tiempo en el que se repite la oscilación (s).
• Longitud de onda (λ): Avance de la perturbación en un medio en un tiempo de un periodo (m). *Obs: a lo largo del medio la perturbación avanza con m.r.u [x=v·t/λ=v·t].
• Velocidad (v): Velocidad de propagación, depende del medio.
• Frecuencia (f): Número de oscilaciones o vibraciones que se propagan por segundo. [f=1/T s^-1, Hz].
• Amplitud (A): Máxima separación que tiene una propiedad de un medio respecto a la posición de equilibrio (m).

Fenómenos Ondulatorios

1. Carácter Corpuscular

Son fenómenos a los que también dan lugar las partículas (corpúsculos). Lo que no dan lugar las partículas son dos fenómenos a la vez.

• Reflexión: Cambio de dirección cuando una onda incide en la superficie de separación de dos medios, retomando o reflejándose en la superficie y siguiendo propagándose en el mismo medio. (Leyes):-i,r,n: mismo plano. El rayo incidente, reflejado y la normal están en el mismo plano.-î=r^: el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. (Fenómenos de reflexión): -Sonido: eco, sonar (reverberación).-Luz: espejos, radar.
• Refracción: Cambio de dirección que experimenta una onda cuando atraviesa la superficie de separación de dos medios en los que se mueve con diferente velocidad. 1ª Ley: rayo mediante refractado y normal. 2ª Ley: de Snell. (Fenómenos de refracción): -Luz: instrumentos ópticos (lentes, microscopio, lupa).-Sonido: escuchar sonido a larga distancia.
• Reflexión total: Fenómeno asociado a la refracción. Ocurre cuando una onda puede refractarse en una superficie que separa dos medios. El medio en el que se refracta es tal que la onda se mueve con mayor velocidad que en el que incide. Este es el fundamento de las fibras ópticas.

2. Carácter Ondulatorio

• Difracción: Cuando una onda incide sobre una superficie y en esta hay una abertura de un tamaño igual o inferior a su longitud de onda; la onda se incurva y sigue propagándose detrás de la abertura. La abertura se convierte en un foco de nuevas ondas. (Fenómenos de difracción): -Luz: visilla de rejilla.-Sonido: oír claxon en cruce de calles.