Propiedades de las ondas

Las olas están en todas partes a nuestro alrededor en la vida real, desde las ondas que se crean en el agua al arrojar piedras hasta los teléfonos que funcionan a nuestro alrededor. Todos estos fenómenos están sucediendo debido a las olas. Las ondas no son más que una perturbación en el medio por el que viajan. Es fundamental estudiar su naturaleza y propiedades para poder predecir su comportamiento en los lugares donde se necesiten sus aplicaciones. Estas propiedades también nos ayudan a predecir la onda resultante que se origina cuando se encuentran dos o más ondas en el medio. Veamos estos en detalle. 

Ondas 

Onda es una perturbación en un medio que lleva energía en ellos. Para su propagación, las ondas utilizan una deformación elástica, una variación de presión o temperatura, etc. para propagarse en el medio. No siempre es necesario que todas las ondas requieran un medio para propagarse, las ondas de luz pueden viajar en el vacío. Según la forma en que estas ondas viajan en un medio, se pueden clasificar en dos tipos de ondas: ondas longitudinales y transversales. 

Propiedades de las ondas

Las características de las ondas afectan las ondas y la propagación de diferentes maneras, hay 5 características básicas de una onda que se requieren para identificar una onda. Cuando la vibración se dibuja en forma de onda, se vuelve muy fácil deducir las características con solo mirar la onda. La siguiente figura presenta una vista de pájaro de las características de una onda transversal.

Longitud de onda (λ)

Una longitud de onda se define como la distancia mínima cubierta por la onda antes de que comience a repetirse. La longitud de onda es en realidad un parámetro de longitud, por lo tanto, la unidad SI de metros de longitud de onda. La onda de sonido es de naturaleza longitudinal, y la combinación de la distancia de una rarefacción completa y la compresión da la longitud de onda. El símbolo de la longitud de onda utilizada es λ.

Período de tiempo (T)

El período de tiempo de una onda de sonido se define como el tiempo requerido para un ciclo completo. Un ciclo de la onda se define por una completa rarefacción y compresión en la vibración. El período de tiempo se mide en segundos. El período de tiempo también se usa para averiguar la frecuencia de la onda, el recíproco del período de tiempo da la frecuencia de la onda.

Frecuencia/Tono (ν)

La frecuencia de la onda de sonido se define como el número de ciclos completados por la onda en 1 segundo. La frecuencia de la onda también se puede definir como el número de vibraciones creadas por la onda en un segundo. La unidad de frecuencia del SI es Hertz (Hz) y se representa con el símbolo nu (ν). La frecuencia es ese parámetro de la onda que no cambia al cambiar el medio de propagación. Por lo tanto, la frecuencia de la onda siempre permanece igual.

Un ejemplo de la frecuencia de la onda es,

En la figura anterior, se va a determinar la frecuencia de la onda. Como se ve claramente que se completan dos ciclos en 1 segundo. Por lo tanto, se puede concluir que la frecuencia de la onda es de 2 Hz.

Fórmula para encontrar la frecuencia de la onda,

Frecuencia (ν) = 1/T, 

Donde T= Periodo de tiempo

Ecuación de una onda

Observe que todas estas ondas están en forma sinusoidal. Por lo tanto, su ecuación también refleja la naturaleza de una función sinusoidal. La función incluye tanto el tiempo “t” como la posición “x”. Por conveniencia, supongamos que la onda es de naturaleza transversal. Denotando el desplazamiento de las partículas del medio por “y”. La ecuación de la onda estará dada por, 

y = Asen(x, t) 

⇒ y = Asen( x + vt) o Asen(x – vt) 

Problemas de muestra

Pregunta 1: La velocidad de una onda es de 600 m/s y la longitud de onda es de 40 Hz. ¿Cuál será la longitud de onda de esta onda?

Responder:

La velocidad de una onda se da como,

Velocidad = frecuencia × longitud de onda 

600= 40 × λ

λ = 15 metros

Por lo tanto, la longitud de onda de esta onda es de 15 metros.

Pregunta 2: El período de tiempo de una onda es de 2 segundos y la longitud de onda es de 20 metros. Hay otra onda con un período de tiempo de 6 segundos y una longitud de onda de 60 metros. ¿Cuál de las dos ondas tiene más velocidad?

Responder:

Velocidad de la primera onda = 20/2

Velocidad = 10 m/s

Velocidad de la segunda onda = 60/6

Velocidad = 10 m/s

Por lo tanto, la velocidad de ambas ondas es igual.

Pregunta 3: Encuentra la amplitud y la velocidad de la onda cuya ecuación se da a continuación. 

y = 3sen(x – 4t) 

Responder: 

La ecuación de onda general está dada por, 

 y = Asen(x + vt) o Asen(x – vt) 

Dado: 

y = 3sen(x – 4t) 

Comparando estas dos ecuaciones, 

A = 3 y v = 4 

Pregunta 4: Encuentra la amplitud y la velocidad de la onda cuya ecuación se da a continuación. 

y = 10sen(x – 5t) 

Responder: 

La ecuación de onda general está dada por, 

 y = Asen(x + vt) o Asen(x – vt) 

Dado: 

y = 10sen(x – 5t) 

Comparando estas dos ecuaciones, 

A = 10 y v = 5

Pregunta 5: El período de tiempo de una onda se da como 10 milisegundos. ¿Cuál será la frecuencia de esta onda?

Responder:

Como la fórmula conocida para la frecuencia de la onda es, 

Frecuencia = 1/período de tiempo

Frecuencia = 1/(10 × 10 ^-3 )

Frecuencia = 1000/10

Frecuencia = 100Hz

Pregunta 6: Se dan dos ondas con frecuencias de 20 Hz y 100 Hz. ¿Qué onda tiene más período de tiempo?

Responder:

El período de tiempo para la primera onda = 1/frecuencia 

= 1/20

= 0,05 segundo.

El período de tiempo para la segunda onda = 1/frecuencia

= 1/100

= 0,01 segundo.

Por lo tanto, el período de tiempo de la primera ola es mayor que el período de tiempo de la segunda ola.