Propagación de Ondas: Tipos, Características y Efecto Doppler

Propagación de Ondas

A partir del concepto de onda, tratemos de encontrar una descripción matemática que nos refleje el hecho de que una perturbación se propague en el espacio. Para ello, empecemos por considerar la descripción de una perturbación, esto es, de una deformación respecto a la posición de equilibrio de un punto material (o conjunto de puntos).

Tipos de Ondas

Ondas Longitudinales: La dirección de propagación es paralela a la dirección de movimiento de las partículas (ej.: ondas longitudinales en un muelle, sonido, etc.).

Ondas Transversales: La dirección de propagación es perpendicular a la dirección de movimiento de las partículas (ej.: cuerda).

Frente de Ondas: Se entiende por frente de ondas todos los puntos del medio material que tienen el mismo estado de deformación en un instante dado.

Clasificación de Ondas según su Frente

• Ondas Planas
• Ondas Cilíndricas
• Ondas Esféricas

Ondas Cilíndricas: Los frentes de onda son cilindros coaxiales paralelos a una línea dada. La onda se propaga en todas las direcciones perpendiculares a dicha línea. Este tipo de ondas se generaría en un medio isótropo y homogéneo que contuviera muchas fuentes colocadas en una cierta línea.

Ondas Esféricas: Los frentes de onda son esferas concéntricas. La onda se propaga en todas las direcciones del espacio. Este tipo de onda se generaría en un medio isótropo y homogéneo cuando hay una perturbación puntual. Las ondas planas se tienen siempre a gran distancia del foco emisor. En ese caso, los frentes de onda se pueden considerar planos.

Ondas Sonoras

En el caso de las ondas sonoras, el oído humano es sensible a las ondas con intensidades entre 10^-12 W/m² y 1 W/m², no siendo nuestra percepción de la sonoridad proporcional a la intensidad, sino que varía logarítmicamente. Por ello, se define una nueva magnitud física, el nivel de intensidad de una onda sonora (B):

B = 10 log (I/I₀)

donde I es la intensidad física del sonido e I₀ es el nivel de referencia, que se toma como umbral de audición: I₀ = 10^-12 W/m².

Efecto Doppler

Una onda se caracteriza por su frecuencia. En el caso de una onda sonora emitida por una fuente, esta posee una cierta frecuencia. Sin embargo, se observa experimentalmente que si una fuente o un observador están en movimiento, la frecuencia emitida o percibida cambia. En efecto, consideremos una fuente en movimiento (observador en reposo).