Descripción de una onda

Ondas

Existen diferentes tipos de ondas. Todas las ondas requieren de algún medio elástico para poder propagarse excepto las ondas electromagnéticas. La perturbación crean una agitación la cual impacta el medio en el que se expande la onda (este es el foco de onda) en esta partícula es en la que comienza la onda. Esta perturbación se expande en todas direcciones siempre y cuando el medio sea isotropo osea que tenga las mismas propiedades físicas en todas sus direcciones.

 Una onda puede transportar energía pero no puede transportar materia: las partículas vibran alrededor de la posición de equilibrio pero no viajan con la perturbación.

La forma que toma la onda es la perturbación propagándose. Es la forma que toman las partículas al congelarse instantáneamente. 

Curiosamente, la distancia de separación del punto de equilibrio de las partículas al vibrar frente al tiempo dan una función matemática seno. Al utilizar esta función podemos predecir que posición  ocuparan las partículas mas tarde. Esta función se expresa como f(x)= sen(x). Al poner esta función en papel veremos que es expresada en forma de onda.

Partes de una Onda:

Cresta: La cresta es el punto mas alto de una onda

Valle: Es e punto mas bajo de una onda

Longitud: La distancia entre dos crestas consecutivas y dos valles consecutivos. La longitud se considera como la distancia entre dos puntos que están en el mismo nivel de vibración.

Amplitud: La amplitud es la distancia que hay entre el punto mas alto de la cresta y el punto mas bajo el valle. 

Onda de choque

Onda de choque

La American Heritage Science Dictionary define a una onda de choque como "una onda de gran amplitud formada por la compresión súbita del medio a través del cual se mueve la onda".

Las ondas de choque pueden ser producidas naturalmente. Podemos ver este tipo de ondas cuando ocurre un terremoto, los terremoto liberan energia atravez del suelo. Las ondas de choque también se producen en el espacio exterior. Los científicos de la NASA han capturado imágenes de las ondas expansivas causadas por las erupciones solares en la superficie del sol.

Porque son producidas las ondas de choque?

Producida aeronauticamente: El Manual de Conocimientos Aeronáuticos explica que cuando una aeronave supera la velocidad del sonido "las partículas de aire están completamente intactas, al no haber tenido una advertencia avanzada del acercamiento del avión, y en el siguiente instante las mismas partículas de aire se ven obligadas a someterse a cambios súbitos y drásticos en temperatura, presión, densidad y velocidad". Estas fuerzas crean una onda de choque.

Producida mecanicameente: Los transductores Pizoelectric, electromagnético o electro-hidráulico pueden producir ondas de choque pequeñas en un laboratorio mediante la introducción de una onda de presión a través de un material conductor. Los veterinarios y los médicos usan estas ondas de choque para determinados tipos de procedimientos médicos que incluyen eliminación de cálculos renales, tratamiento de lesiones de tejidos blandos y la investigación del cáncer

Movimientos ondulatorios

Movimientos ondulatorios

El movimiento ondulatorio es la propagación de una onda por un medio material o en el vacío. Sin que exista la transferencia de materia, ya sea por ondas mecánicas o electromagnéticas.

El movimiento ondulatorio es más difícil de entender ya que su descripción depende de dos variables la posiciónx, y el tiempo t. Este capítulo se sitúa después de las oscilaciones por la relación existente entre movimiento ondulatorio armónico y movimiento armónico simple, la composición de dos M.A.S. y la interferencia de dos movimientos ondulatorios armónicos.

Referencias

Physical Science Study Commitee, PSSC. Física. Editorial Reverté (1968)

Ejemplos de movimientos ondulatorios:

Onda de proa

Ondas de Proa

Las ondas de proa se pueden decir que cuando las crestas de una onda se superponen creando una forma en V a la cual se le llama onda de proa. Este efecto sucede cuando un objeto se mueve por una superficie liquida a mayor velocidad de una onda.

Ejemplo: 

Un ejemplo de una onda de proa es mu sencillo. Podemos representar el efecto de las ondas proa en las aero naves o aviones. Los aviones tienen la potencia para viajar a una velocidad mas rapida a la del sonido.Esto los hace ser supersonicos, debido a esto el avión puede viajar con mucha facilidad ya que las ondas sonoras no se forman frente a el.

En esta imagen se puede apreciar lo que sucederia con un avion que viaja a mayor velocidad que las ondas de sonido creando asi una onda de proa.

Efecto doppler

Efecto Doppler

El Efecto Doppler es un fenómeno físico donde un aparente cambio de frecuencia de onda es presentado por una fuente de sonido con respecto a su observador cuando esa misma fuente se encuentra en movimiento. Este fenómeno lleva el nombre de su descubridor, Christian Andreas Doppler, un matemático y físico austríaco que presentó sus primeras teorías sobre el asunto en 1842. 

El efecto doppler no solo es funcional al sonido sino tambien a otros tipos de onda. Nosotros los seres humanos solo podemos apreciar los efectos en las ondas de sonido.

Un ejemplo del efecto doppler es el sonido que emite una sirena de una ambulancia, policia o bomberos. Al acercase podemos escuchar que el sonido es muy agudo hasta que llega a nosotros.Esto ocurre ya que las ondas aparentan juntarse al mismop tiempo que el coche o movil se dirige hacia una direccion. 

Para poder entender de qué se trata el efecto Doppler primero debemos entender algunos principios básicos de la física y el sonido.

Primero que nada debemos aclarar que el sonido viaja en ondas, estas ondas a su vez viajan a una velocidad bastante rápida, más exactamente a 331,5 m/s. Es claro que esta velocidad varía dependiendo del medio por el que viaja, así por ejemplo la velocidad antes mencionada corresponde al sonido que viaja a través del aire.

Ondas estacionarias

Ondas estacionarias 

Una onda estacionaria es el resultado de la superposición de dos movimientos ondulatorios armónicos de igual amplitud y frecuencia que se propagan en sentidos opuestos a través de un medio.Pero la onda estacionaria NO ES una onda viajera, puesto que su ecuación no contiene ningún término de la forma kx-ωt. En este tipo de onda la posición donde la amplitud es máxima se le conoce como antinodos. Cuando dos ondas de igual amplitud, longitud y velocidad se propagan  a través de un medio se forman las ondas estacionarias.Es muy importante hacer notar que una onda estacionaria hay dos onda. 

Ecuaciones de las ondas estacionarias:

Ejemplos:

ONDAS CON AMBOS EXTREMOS FIJOS

Las ondas estacionarias con los extremos fijos son las que se dan en intrumentos de cuerda como guitarras, violines y pianos. Estos instrumentos constan de una o más cuerdas de longitud L, con una tensión determinada que permite seleccionar la frecuencia de su sonido.

Cuano se pulsa la cuerda sobre el mástil, disminuye la longitud de la cuerda y esto hace cambiar su frecuencia.

Interferencia

Interferencia

Interferencia- Acción recíproca de las ondas de la que resulta aumento o disminución del movimiento ondulatorio

Se denomina interferencia a la superposición o suma de dos o más ondas. Dependiendo fundamentalmente de las longitudes de onda, amplitudes y de la distancia relativa entre las mismas se distinguen dos tipos de interferencias: 

Consrtructiva: 

Se producen cuando las ondas chocan. DE esta forma se obtiene una onda resultante de mayor amplitud que las ondas iniciales.

Destructiva:

Es la superposición de ondas en antifase, obteniendo asi una onda de menor amplitud. 

Ejemplo de interferencia:

La interferencia es un fenomeno caracteristico de todo movimiento ondulatorio, tratase de ondas en el agua, ondas sonoras u ondas de luz.

La interferencia de ondas de luz, por ejemplo, se puede apresiar en las burbujas de jabon. la luz blanca esta compuesta por ondas de luz de diferentes longitudes.Las ondas de luz reflejadas en la superficie interiro de la burbuja interferien con las ondas de esa misma longitud reflejadas en la superficie exterior. 

Aqui podemos apreciar la interferencia destructiva como la constructiva. Las ondas se propagan en la misma direccion con igual frecuencia amplitud y longitud. 

Onda longitudinales

Ondas longitudinales

Las ondas en las que la perturbación es paralela a la dirección de propagación se denominan longitudinales. Un ejemplo muy importante lo constituyen las ondas sonoras propagándose en cualquier medio material (sólido, líquido o gaseoso). Durante la propagación de la onda, las moléculas del medio oscilan en la dirección de propagación.

Las ondas longitudinales e propagan por diferentes medios aqui tenemos las ecuaciones de velocidad de propagacion de sus diferentes medios.

Ondas transversales

Ondas transversales

Ondas tranversales-son aquellas para las cuales; la perturbación que se propaga es perpendicular a la dirección de propagación. Para el caso de una onda mecánica de desplazamiento, el concepto es ligeramente sencillo, la onda es transversal cuando las vibraciones de las partículas afectadas por la onda son perpendiculares a la dirección de propagación de la onda. Las ondas electromagnéticas son casos especiales de ondas transversales donde no existe vibración de partículas, pero los campos eléctricos y magnéticos son siempre perpendiculares a la dirección de propagación, y por tanto se trata de ondas transversales.

       onda plana tranversal

Cuando se toca de manera ligera y rítmica la superficie del agua, las oscilaciones de la varilla se transmiten a las partículas de agua, que comienzan a oscilar con igual frecuencia y amplitud. Las partículas que se encuentran sobre la línea paralela a la varilla oscilan en igualdad de fase.En la figura se observa un conjunto de superficies planas y paralelas, en que las oscilaciones ocurren en fase.

Ejemplo de ondas transversales

• Un ejemplo de una onda transversal lo es la ondas sísmicas secundarias. En las ondas sismicas el movimiento de los campos electricos y magneticos en una onda plana electromagnética oscilan perpendicularmente entre si. Esto significa que las ondas electromagneticas estan compuestas por dos ondas transversales las cuales oscilan perpendicularmente entre si. 
• Otro ejemplo de una onda transversal son la olas del mar.
• Otro ejemplo visb\ible de ondas tranversales electromagneticas es la luz.

 onda transversal esferica

Si la fuente es puntual y el medio es homogéneo, todos los puntos que oscilan en fase se encuentran sobre una superficie esférica, a estas ondas se les denominan esféricas. Al igual que las ondas circulares, a medida que aumenta la distancia a la fuente, la amplitud de las ondas esféricas disminuyen.

Rapidez de una onda

Rapidez de una onda

La rapidez de una onda puede variar. Todo depende de la capcidad que tenga la particula del medio para emitir perturbacion y la masa del medio: la densidad en las cuerdas , la profundidad del agua bajo la superficie, la masa molecular y la temperatura en el caso de la propagación del sonido en un gas.

Formulas para calcular la rapidez de una onda:

La formula para calcular la velocidad de una onda es vital en muchas areas de la ciencia. La ecuación básica para calcular la velocidad de una onda es: longitud de onda x frecuencia = velocidad de onda", donde la longitud es en herzios (una unidad de frecuencia) y la velocidad es en metros por segundo.

La velocidad  depende del tipo de onda y del medio a través del cual viaja.

Jean le Rond d'Alembert obtuvo una solución general para la ecuación de onda en una dimensión:

Esta solución puede interpretarse como dos impulsos viajando a lo largo del eje x en direcciones opuestas: F en el sentido +x y G en el -x. Si generalizamos la variable x, reemplazándola por tres variables x, y, z, entonces podemos describir la propagación de una onda en tres dimensiones.