Fenómenos Ondulatorios: Tipos de Ondas y sus Características

Ondas

Definición y características

Una onda, en física, se define como una perturbación que se propaga en el espacio transportando energía pero sin transportar materia. En el caso de una onda que se propaga en una sola dirección (por ejemplo, en el eje x), las componentes en las direcciones y, z son nulas.

La ecuación general de una onda que se propaga en una dirección se puede expresar de diversas maneras:

Y(x,t) = A sen(2π(x/λ - t/T))

Y(x,t) = A sen(kx - ωt)

Y(x,t) = A sen(k(x - vt))

Donde:

• Amplitud (A): Máxima deformación de la onda. Se mide en las unidades de la deformación (metros, centímetros, etc.).
• Longitud de onda (λ): Distancia que recorre la onda hasta encontrar la misma deformación. Se mide en metros, centímetros, etc.
• Periodo (T): Tiempo que tarda la onda en completar un ciclo. Se mide en segundos.
• Frecuencia (f): Inversa del periodo (f = 1/T). Se mide en Hertz (Hz) o 1/s.
• Número de onda (k): k = 2π/λ. Se mide en 1/m.
• Pulsación (ω): ω = 2πf. Se mide en rad/s.
• Velocidad de propagación (v): v = λ/T = λf = ω/k. La velocidad depende del medio en el que se propaga la onda.

Criterios de clasificación de las ondas

Las ondas se pueden clasificar según diferentes criterios:

1. Número de pulsos: Un único pulso o un tren de ondas.
2. Naturaleza: Ondas mecánicas (requieren un medio material para propagarse, como el sonido) u ondas no mecánicas (no necesitan un medio material, como la luz).
3. Dimensionalidad: Ondas unidimensionales (se propagan en una sola dirección, como una onda en una cuerda), bidimensionales (se propagan en dos dimensiones, como las ondas en la superficie del agua) o tridimensionales (se propagan en tres dimensiones, como el sonido en el aire).
4. Dirección de la perturbación: Ondas longitudinales (la perturbación y la propagación son paralelas) y ondas transversales (la perturbación y la propagación son perpendiculares).

Por ejemplo, la luz se puede clasificar como un tren de ondas, no mecánica, transversal y, si es un láser, unidimensional.

Fenómenos ondulatorios

Existen diversos fenómenos que se producen cuando las ondas interactúan con la materia o entre sí:

1. Reflexión

Se produce cuando una onda se propaga en un medio y se encuentra con otro medio que no puede atravesar, por lo que vuelve al medio inicial. La onda se refleja. Ejemplo: la reflexión de la luz en un espejo.

2. Refracción

Similar a la reflexión, pero en este caso la onda atraviesa el segundo medio, cambiando su dirección de propagación. La onda se refracta. Ejemplo: la refracción de la luz al pasar del aire al agua.

Tanto en la reflexión como en la refracción, las ondas pierden intensidad.

3. Superposición de ondas

Se produce cuando dos o más ondas se encuentran en el mismo punto del espacio. Las ondas se superponen sin perturbarse entre sí. Existen diferentes tipos de superposición:

• Interferencia: Se produce cuando las ondas tienen la misma frecuencia.
• Batidos: Se produce cuando las ondas tienen frecuencias ligeramente diferentes.
• Superposición propiamente dicha: Se produce cuando las ondas tienen frecuencias muy diferentes.

4. Difracción

Se produce cuando una onda encuentra un obstáculo o una abertura. La onda se curva alrededor del obstáculo o se propaga a través de la abertura. La difracción es más notoria cuando el tamaño del obstáculo o la abertura es comparable a la longitud de onda de la onda.

Los fenómenos de reflexión y refracción se pueden explicar tanto desde un punto de vista ondulatorio como corpuscular. La difracción, en cambio, solo se puede explicar mediante la teoría ondulatoria.