Movimiento Ondulatorio: Una Introducción Completa

El movimiento ondulatorio consiste en la propagación de una perturbación a través de un medio, siendo una onda su representación.

Clases de Ondas

Las ondas se pueden clasificar de varias maneras:

1. Según la Energía que Transportan:

• Ondas Mecánicas: Transportan energía mecánica y necesitan un medio material para propagarse.
• Ondas Electromagnéticas: Transportan energía electromagnética y no necesitan un medio material para propagarse.

2. Según la Dirección de Propagación:

• Ondas Longitudinales: La dirección del movimiento de las partículas coincide con la de propagación de la onda. Se propagan por cualquier medio material.
• Ondas Transversales: La dirección de propagación es perpendicular a la del movimiento de las partículas. Se propagan en el interior de los medios sólidos.

Magnitudes del Movimiento Ondulatorio

Las principales magnitudes que describen una onda son:

• Velocidad de Propagación: Rapidez con que se desplaza la perturbación por un medio.
• Longitud de Onda (λ): Distancia entre dos puntos consecutivos que se encuentran en la misma posición relativa respecto de su posición central o de equilibrio.
• Período (T): Tiempo que tarda una partícula en recorrer las distintas posiciones en torno a su posición central.
• Frecuencia (f): Número de veces que la onda se reproduce en la unidad de tiempo.
• Amplitud (A): Máxima separación de la partícula de la posición central o de equilibrio.

Fase de las Ondas

• En Fase: Dos puntos de un medio están en fase cuando tienen el mismo estado de vibración y velocidad de vibración. La distancia entre estos puntos es un número entero de longitudes de onda.
• En Oposición de Fase: Dos puntos de un medio están en oposición de fase cuando tienen estados de vibración opuestos. La distancia entre estos puntos es un número impar de longitudes de onda.

Ondas Bidimensionales y Tridimensionales

• Frentes de Ondas: Conjunto de puntos que equidistan del foco emisor y, por tanto, están en fase.
• Rayo: Recta que indica la dirección de propagación de la onda. Los rayos son perpendiculares a los frentes de onda.

Tipos de Frentes de Onda:

• Ondas Circulares: Frentes = circunferencias.
• Ondas Rectas: Frentes = rectas paralelas entre sí.
• Ondas Esféricas: Frentes = superficies esféricas.

Energía y Amortiguamiento de las Ondas

Las ondas transportan energía, pero esta puede disminuir a medida que se propagan:

• Amortiguamiento: Disminución de la amplitud de una onda debido a la absorción y atenuación.
• Absorción: Pérdida de energía en el medio por rozamiento.
• Atenuación: Disminución de la energía en ondas esféricas y circulares al repartirse entre un número creciente de partículas.

Foco Emisor

Debe existir un foco emisor donde comienza a transmitirse el movimiento ondulatorio.

Potencia e Intensidad de una Onda

• Potencia Emitida: Energía propagada en la unidad de tiempo.
• Intensidad de una Onda: Energía que se propaga a través de la unidad de superficie perpendicular a la dirección de propagación en la unidad de tiempo.

Atenuación y Absorción

• Atenuación: Disminución de la amplitud de la onda al aumentar su distancia al foco.
• Absorción: Disminución de la intensidad y, por consiguiente, de la amplitud, que experimenta un movimiento ondulatorio al propagarse por un medio.

El Sonido como Onda

El sonido es una onda longitudinal de presión producida por la propagación en un medio elástico del movimiento vibratorio de un objeto.

Cualidades del Sonido:

• Intensidad: Energía transportada por una onda sonora a través de la unidad de superficie y en la unidad de tiempo.
• Tono: Cualidad que permite distinguir un sonido por su frecuencia de vibración.
• Timbre: Cualidad que permite distinguir dos sonidos de igual frecuencia e intensidad emitidos por dos focos sonoros diferentes.

Fenómenos Ondulatorios

Las ondas experimentan diversos fenómenos:

• Reflexión: Cambio de dirección o sentido al chocar contra un obstáculo, volviendo por el mismo medio.
• Refracción: Cambio de dirección de propagación al pasar de un medio a otro con diferente velocidad de propagación.
• Difracción: Desviación de la onda al interponerse un orificio u obstáculo de tamaño similar a su longitud de onda.
• Polarización: Solo en ondas transversales. Las partículas del medio vibran en el mismo plano.

Interferencias

Es el encuentro en un punto del espacio de dos o más movimientos ondulatorios que se propagan por el mismo medio.

Principio de Superposición:

La perturbación resultante es la suma vectorial de las perturbaciones que originaría cada movimiento por separado.

• Interferencia Constructiva: Se produce cuando las ondas coinciden en fase.
• Interferencia Destructiva: Se produce cuando las ondas coinciden en oposición de fase.

Onda Estacionaria

Interferencia de dos ondas de idéntica amplitud, frecuencia y longitud de onda que se propagan en la misma dirección pero en sentido contrario.

Efecto Doppler

Cambio en la frecuencia percibida de un sonido debido al movimiento relativo entre la fuente y el receptor.

Aplicación: El Radar

El radar es un sistema que usa ondas electromagnéticas para medir distancias y velocidades de objetos. Emite un impulso de radio que se refleja en el objetivo y se recibe en la misma posición del emisor. Permite detectar objetos más allá del rango de otras emisiones como la luz visible o el sonido.