Introducción a las ondas

ondas de agua

Una onda es una perturbación que se mueve por el espacio o la materia.

Los ejemplos incluyen ondas de agua, sonido y luz.

La "perturbación" o "variación" pueden representar un cambio de presión, intensidad eléctrica o muchas otras cosas, pero siempre hay una transferencia de energía.

Y las ondas varían alrededor de algún valor central debido a una fuerza "restauradora", como un resorte, fuerza magnética, presión circundante, etc.

Longitudinal vs Transversal

Primero, juega con esta animación:

Observa cómo se mueve la onda, pero las partículas simplemente rebotan hacia adelante y hacia atrás (longitudinal) o hacia arriba y hacia abajo (transversal), pero generalmente no van a ninguna parte.

Ondas longitudinales: la perturbación está en la misma dirección que la onda.

Ejemplo: una onda se mueve de izquierda a derecha y la perturbación también se mueve de izquierda a derecha.

onda en un resorte
Este resorte tiene una onda longitudinal

perro ladrando
Las ondas sonoras también son longitudinales.
El aire va entre compresión y rarefacción (dilatación):
compresión y rarefacción
Las moléculas de aire rebotan un poco hacia adelante y hacia atrás, pero no viajan a ninguna parte.

 

Ondas transversales: la perturbación forma un ángulo recto con la dirección de la onda.

Ejemplo: una ola de agua se mueve de izquierda a derecha y la perturbación se mueve hacia arriba y hacia abajo

ondas en un lago
Las ondas de agua son ondas transversales.

¿Sabías que las olas del lago y del océano son causadas principalmente por el viento sobre la superficie?

Transferencia de energía, no materia

Las ondas transfieren energía, no materia. La materia puede rebotar hacia arriba y hacia abajo (transversal) o hacia adelante y hacia atrás (longitudinal), pero generalmente no va a ninguna parte.

Formas

onda simple
A menudo mostramos ondas como simples "ondas sinusoidales"

onda compleja
¡Pero pueden ser mucho más interesantes!

De hecho, las ondas pueden sumarse entre sí en un efecto llamado superposición :

superposición de ondas
Aquí dos ondas sinusoidales diferentes se suman para formar una nueva onda.
Pon "sin(x)+sin(2x)" en el graficador de funciones.

Mecánicas vs Eléctricas

Las ondas mecánicas viajan solo a través de la materia.

No pueden viajar por el vacío.

onda longitudinal

Ejemplo: Ondas sonoras (del sonido)

Las moléculas de aire chocan entre sí, después de una colisión, una rebota y la siguiente rebota hacia adelante, y así sucesivamente.

Por lo tanto, en realidad no viajan a ninguna parte, pero la energía avanza.

Las ondas eléctricas pueden viajar a través del vacío.

Las ondas de radio y microondas, la luz, y los rayos-x son todas ellas ondas eléctricas.

Longitud de onda y amplitud

La longitud de onda es la longitud de un pico al siguiente (o de cualquier punto al siguiente punto coincidente):

amplitud y longitud de onda

La amplitud es la altura desde la línea central al pico (o al valle). O podemos medir la altura desde el punto más alto al más bajo y dividir eso por 2.

alta y baja frecuencia

Frecuencia

La frecuencia se refiere a qué tan seguido sucede algo por unidad de tiempo, generalmente por segundo.

Cuando la frecuencia es por segundo, se llama "Hertz" (Hz).

Ejemplo: 50 Hertz significa 50 veces por segundo

Juega con la amplitud, longitud de onda y frecuencia en esta animación:

De hecho, la velocidad de onda, la longitud de onda y la frecuencia están relacionadas:

Rapidez de la onda = Longitud de onda × Frecuencia

Frecuencia = Rapidez de la onda Longitud de onda

Longitud de onda = Rapidez de la onda Frecuencia

Ejemplo: ¿Cuál es la velocidad de la onda cuando la longitud de onda es de 20 m y la frecuencia es de 3 Hz?

Rapidez de la onda = Longitud de onda × Frecuencia

Rapidez de la onda = 20 m × 3/s

Rapidez de la onda = 60 m/s

 

¡Refuerza tu aprendizaje resolviendo los siguientes retos sobre este tema! (Nota: están en inglés).