ONDAS

Llamamos ondas y movimiento ondulatorio a toda aquella propagación que se propaga, entendiendo por perturbación aquella energía dada o producida en un punto que es capaz de propagarse. En un movimiento ondulatorio, no existe transporte de materia, solo de energía.

TIPO DE ONDAS

Se clasifican atendiendo a varios criterios:

A) Atendiendo al medio en que se propagan:

-Ondas materiales: son aquellas que necesitan un medio material para propagarse, y la velocidad con la que se propaga depende de las carácterísticas elásticas del medio. Ejemplo: sonido.

-Ondas electromagnéticas: son aquellas que no necesitan ningún medio material para propagarse. Ejemplo: la luz.

B) Según las dimensiones de propagación:

-Ondas unidimensionales: se propagan en una dirección. Ejemplo: muelle.

-Ondas bidimensionales: se propagan en dos dimensiones en el plano. Ejemplo: cubeta de ondas.

-Ondas tridimensionales: se propagan en el espacio (tres dimensiones). Ejemplo: la luz.

C) Atendiendo a la dirección en la que vibran las partículas en relación al avance de la onda:

-Ondas longitudinales: son aquellas en las que las partículas de medio vibran en a misma dirección que avanza la perturbación. Ejemplo: sonido.

-Ondas transversales: son aquellas en las que las partículas del medio vibran en dirección perpendicular al avance de la perturbación. Ejemplo: luz.

D) Atendiendo a la forma del avance de la onda:

-Ondas circulares: una cubeta de ondas.

-Ondas esféricas: el sonido.

MAGNITUDES CarácterÍSTICAS DEL MOVIMIENTO ONDULATORIO.

-Amplitud (A): es la distancia máxima que se desplaza una partícula del medio de suposición del equilibrio, se mide en m.

-Elongación (x, y): es la distancia a la que se encuentra la partícula del medio de suposición del equilibrio. Se mide en m.

-Longitud de onda (λ): es la distancia mínima entre dos puntos de la onda que se encuentra en el mismo estado de vibración, se mide en m.

-Período (T): es el tiempo que tarda un punto del medio en completar una vibración. Coincide con el tiempo que tarda la onda en avanzar un λ. Se mide en s.

-Frecuencia (f): es el número de vibraciones que se producen en un segundo, es la inversa del período. Se mide en Hz o s–1.

-Velocidad de propagación (vp): es la distancia que avanza la onda por unidad de tiempo. Vp= λ/T

-Frecuencia angular (w): w = (2π)/T = 2πf  (rad/s)

-Número de onda (k): nº de longitudes de onda que hay en una distancia 2π.  k= (2π)/T  (rad/m)

ECUANCIÓN DE ONDA (NO)

Vamos a suponer una onda armónica (sinusoidal) por ejemplo si desplazamos una cuerda por un extremo de arriba abajo. A lo largo de la cuerda, se va a producir un movimiento armónico simple que se va transmitiendo por ella: y (0, t) = A sen wt donde A es la amplitud del m.A.S. Que coincide con la amplitud de la onda. A medida que la perturbación avanza, los puntos del medio (cuerda) van adquiriendo el mismo movimiento que en el foco, aunque con cierto retraso. En un punto situado a una distancia x del foco, la onda llegará al cabo de un tiempo t’. Así la ecuación de la elongación será para dicho punto la misma que tenía el foco en un instante t – t’. Entonces la ecuación sería:

(A) y (x, t) = y (0, t – t’) = A sen w(t – t’) = A sen w (t – (x/v) 

(B) y (x, t) = A sen w (t – x/ λ/T) = A sen (wt – (2 π / λ) x) —— y (x, t) = A sen wt – kx

(C) y (x, t) = A sen wt – kx = A sen (2 π / T) t – (2 π / λ) x = A sen 2 π ((t/T) – (x/ λ))

DOBLE PERIODICIDAD DEL MOVIMIENTO ONDULATORIO

Decimos que el movimiento ondulatorio es doblemente periódico.

Pero un mismo punto es periódico respecto del tiempo ya que el valor de la elongación se repite para cada período.

y(x, t) = y (x, t +T)

Para cada instante es periódico para cada longitud de onda ya que la elongación se repite para cada λ.

y(x, t) = y (x + λ, t)

PROPIEDADES DE LAS ONDAS REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN

Estos 2 fenómenos se producen siempre en todos los M.O. Cuando al propagarse se encuentran con una superficie que separa medios distintos.

-reflexión: es el fenómeno que sufre una onda al incidir en una superficie reflectante, volviendo al mismo medio de donde provénía y cambiando de dirección y sentido. -refracción: es el fenómeno que sufre una onda al pasar de un medio a otro cambiando la velocidad de propagación y su dirección y sentido.

En la reflexión, la frecuencia y λ de la onda reflejada es la misma que la onda incidente, ya que, al no cambiar de medio, la velocidad de propagación es la misma. En cambio, en la refracción la frecuencia de la onda incidente y refractada es la misma, pero como cambia de medio, la velocidad varía variando, por lo tanto, λ de la onda refractada respecto de la onda incidente.

Al estudiar experimentalmente estos fenómenos, se observó que cumplían las leyes de Snell:

1.Laonda incidente, la normal en el punto de incidencia a la superficie de separación y la onda reflejada(reflexión) o la onda refractada(refracción) están en un mismo plano.

2.El ángulo de incidencia es igual al ángulo reflejado(reflexión)

3.El ángulo de incidencia y el ángulo de refracción cumplen esta condición:

DIFRACCIÓN

Se produce este fenómeno cuando una onda se propaga en un medio que se encuentra en el camino con abertura y obstáculos de tamaño comparable a su λ. La difracción puede

Provocar un cambio de la dirección de propagación de la onda. Es carácterísticas de un M.O que no se produce en el caso de movimiento de partículas.

POLARIZACIÓN

Cuando una onda solo puede vibrar en un solo plano, se dice que está polarizada. En cambio, las ondas transversales pueden vibrar en infinitos planos perpendiculares al de propagación, así, estas ondas no están polarizadas. Ejem: luz

Existen distintos procedimientos para conseguir luz polarizada:

A]Polarización por absorción: existen ciertas sustancias “feldespato de Islandia”,” filtros polaroid” que dejan pasar la luz en una sola dirección 

B]Polarización por reflexión: dependiendo del ángulo de incidencia, se puede conseguir que la onda esté polarizada 

INTERFERENCIA

Es el fenómeno que se origina al coincidir en un punto del medio 2 o + M.O, producíéndose en dicho punto una nueva onda. Una carácterística esencial es que cada onda continúa propagándose sin sufrir modificaciones tras interferir. Las interferencias pueden ser constructivas cuando la perturbación resultante es mayor que las originales; o destructivas cuando es menor que las originales.

ONDAS ESTACIONARIAS

Es un tipo de interferencia el que resulta por la superposición de 2 ondas idénticas que se propagan en el mismo medio en sentidos opuestos y en oposición de fase.

Se llaman estacionarias porque al contrario de las viajeras estarían como si estuvieran siemore en el mismo sitio

Yt=2AcosKx•senWt

La onda será constructiva cuando Ar sea max: Ar=2AcosKx —>coskx=+/-1.  x=n λ/2(vientres)

La onda será destructiva cuando Ar sea nulo coskx=0

x=(2n+1) λ/4 (nodos)

En el caso que las ondas se encuentren en el punto de origen del equilibrio, ahora los vientres se convierten en nodos y viceversa; es el caso de una cuerda sujeta por los extremos o un tubo abierto