Introducción a las ondas: definición, tipos, propiedades

Una onda es una perturbación dinámica que se propaga (cambio del equilibrio) de una o más cantidades en física, matemáticas y temas relacionados, comúnmente descrita por una ecuación de onda. Al menos dos cantidades de campo en el medio de la onda están involucradas en las ondas físicas. Las ondas periódicas ocurren cuando las variables oscilan periódicamente alrededor de un valor de equilibrio (reposo) a una frecuencia específica. Una onda viajera ocurre cuando toda la forma de onda se mueve en una dirección; una onda estacionaria ocurre cuando dos ondas periódicas superpuestas se mueven en direcciones opuestas. La amplitud de vibración en una onda estacionaria presenta nulos en algunos puntos cuando la amplitud de la onda parece reducida o incluso cero.

Ola

Una onda es una perturbación en un medio que transporta energía sin causar un movimiento neto de partículas. La deformación elástica, las variaciones de presión, la intensidad eléctrica o magnética, el potencial eléctrico o las variaciones de temperatura son todos ejemplos.

Características de las olas

Las ondas incluyen las siguientes características:

• Las partículas del medio atravesado por una onda vibran muy poco alrededor de sus posiciones medias, pero no se desplazan permanentemente en la dirección de propagación de la onda.
• A lo largo o perpendicular a la línea de viaje de la onda, cada partícula sucesiva del medio realiza un movimiento bastante idéntico al de sus predecesoras.
• Durante el movimiento ondulatorio, solo se transfiere energía, pero no una parte del medio.

Tipos de olas

Las diversas formas de ondas se enumeran aquí:

1. Ondas transversales:

Ondas en las que el medio se mueve formando un ángulo con la dirección de la onda.

Ejemplos de ondas transversales:

• Ondas de agua (ondas de ondas de gravedad, no sonido a través del agua)
• Ondas de luz
• Ondas sísmicas de onda S
• Instrumentos de cuerda
• Onda de torsión

Una cresta es el punto más alto de una onda transversal. Es un canal en la parte inferior.

2. Onda longitudinal:

El movimiento de las partículas en el medio en una onda longitudinal tiene la misma dimensión que la dirección del movimiento de la onda.

Ejemplos de ondas longitudinales:

• Ondas sonoras
• Ondas sísmicas tipo P
• Onda de compresión

Partes de ondas longitudinales:

1. Compresión : las partículas están muy juntas en este caso.
2. Rarefacción: donde se dispersan las partículas .

3. Ondas electromagnéticas:

Son ondas que se producen y propagan sin el uso de un medio material, es decir, pueden atravesar el vacío y cualquier otro medio material.

 Ejemplos de ondas electromagnéticas:

• luz visible
• luz ultravioleta
• ondas de radio
• microondas

4. Ondas mecánicas:

Sólo un medio material puede producir o propagar ondas mecánicas. Las ecuaciones de movimiento de Newton se aplican a estas ondas.

 Ejemplos de ondas mecánicas:  

• ondas en la superficie del agua
• ondas en cuerdas
• ondas sonoras

Las ondas mecánicas son de dos tipos:

1. Movimiento ondulatorio transversal : las partículas del medio vibran en ángulo recto con respecto a la dirección de propagación de la onda en ondas transversales. Las ondas transversales incluyen ondas de cuerda, ondas de agua superficial y ondas electromagnéticas. La perturbación que viaja en ondas electromagnéticas (que incluyen ondas de luz) es causada por la oscilación de campos eléctricos y magnéticos en ángulo recto con la dirección de viaje de la onda.
2. Movimiento de onda longitudinal: las partículas en el medio vibran de un lado a otro alrededor de su ubicación media a lo largo de la dirección de propagación de energía en este tipo de ondas. También se conocen como ondas de presión. Las ondas mecánicas longitudinales son las ondas sonoras.

5. Ondas de materia:

Estas ondas están ligadas al movimiento de partículas de materia.

Ejemplos de ondas de materia:

• electrones
• protones
• neutrones

Fórmula para la velocidad de la onda  

Es la distancia total que recorre una onda en un tiempo determinado. La fórmula para calcular la velocidad de las olas es la siguiente:

Velocidad de onda = Distancia recorrida/Tiempo empleado

Propiedades de las ondas

Las siguientes son las características principales de las ondas:

• Amplitud: una onda es una forma de transmisión de energía. La amplitud de una ola es su altura, que comúnmente se mide en metros. Es proporcional a la cantidad de energía transportada por una onda.
• Longitud de onda: una longitud de onda es una distancia entre ubicaciones idénticas en ciclos adyacentes de crestas de una onda. Además, se mide en metros.
• Período: el período de una onda es la cantidad de tiempo que le toma a una partícula en un medio completar un ciclo vibratorio completo. Debido a que el período es una unidad de tiempo, se mide en segundos o minutos.
• Frecuencia: la cantidad de ondas que pasan por un punto en un cierto período de tiempo se conoce como la frecuencia de una onda. La unidad de frecuencia hertz (Hz) mide una onda cada segundo.

El recíproco de la frecuencia es el período, y viceversa.

Periodo=1 / Frecuencia

O

Frecuencia = 1 / Período

• Velocidad: la velocidad de un objeto se refiere a la rapidez con que se mueve y, por lo general, se expresa como la distancia recorrida dividida por el tiempo que tarda en viajar. La distancia recorrida por un punto específico de la ola (cresta) en un período de tiempo determinado se denomina velocidad de la ola. Por lo tanto, la velocidad de una onda se mide en metros por segundo o m/s.

Problemas de muestra

Problema 1: En un medio específico, una onda viaja a 900 metros por segundo. Calcula la longitud de onda de un punto específico del medio si lo atraviesan 3000 ondas en 2 minutos.

Solución:

La velocidad de una onda en el medio v = 900 ms ^-1

frecuencia de onda = no. de ondas que pasan por segundo (n) = 3000 ondas/2 min = 3000 / 2 × 60 = 25 s

Longitud de onda (λ) = ?

v = norte × (λ)

λ = v/n

  = 900/25 

  = 36 metros

Problema 2: ¿Qué distingue el rugido de nuestro animal nacional del de un mosquito?

Solución:

El zumbido de un mosquito produce un sonido de tono alto y baja intensidad o volumen, pero el rugido de un animal nacional (tigre) produce un sonido de tono bajo y alta intensidad o volumen.

Problema 3: ¿Es factible saber cuándo se va a desbordar un recipiente que se mantiene debajo del grifo?

Solución:

La longitud de una columna de aire está inversamente relacionada con la frecuencia de la nota que produce. La longitud de la columna de aire sobre el recipiente se reduce a medida que aumenta el nivel del agua en el recipiente. Genera un sonido con una frecuencia decreciente, es decir, el sonido se acorta. Es posible determinar si el recipiente está lleno de agua en función de la estridencia del sonido.

Problema 4: El fondo de un barco en el mar dispara ondas SONAR directamente hacia el agua salada. Después de 3,5 s, la señal se refleja en el lecho rocoso del fondo profundo y regresa al barco. Cuando el barco alcanza los 100 km, transmite otra señal, que se recibe después de 2 s. Calcula la profundidad del mar en cada ejemplo, así como la diferencia de altura entre ambos.

Solución:

Velocidad de las ondas SONAR en el agua C = 1500 ms ^-1

Tiempo que tarda ser ola después de la reflexión desde el fondo del mar

2t = 3.5s

t = 1,75 s

Distancia recorrida (d) = ?

C = d/t => d = ct = 1500 × 1,75 – 2625 m

Después de moverse 100 km

El tiempo que tarda la onda = 2t = 2s

T = 2/2 = 1s

re =?

d = 1500 × largo

= 1500

La diferencia entre estas dos alturas = 2625 – 1500

= 1125m

Problema 5: ¿Por qué un tono suena más fuerte en una habitación vacía que en una habitación con muebles y otros objetos?

Solución :

El sonido es una forma de energía. La mayor parte de la energía es absorbida por los muebles que actúan como obstrucción. Como resultado, la fuerza del sonido disminuye, sin embargo, en una habitación vacía, la intensidad del sonido permanece relativamente constante debido a la ausencia de impedimentos, y lo percibimos como más fuerte.