PROPAGACIÓN DE ONDAS

Movimiento Ondulatorio

El movimiento ondulatorio es un proceso por el que se propaga energía de un lugar a otro sin transporte de materia, mediante ondas mecánicas. En cualquier punto de la trayectoria de propagación se produce un desplazamiento periódico u oscilación, alrededor de una posición de equilibrio. Puede ser una oscilación de partículas de aire, como en el caso del sonido que viaja por la atmósfera, de moléculas de agua (como en las olas que se forman en la superficie del mar) o de porciones de una cuerda o un resorte. En todos estos casos, las partículas oscilan en torno a su posición de equilibrio y sólo la energía avanza de forma continua.

Estas ondas se denominan mecánicas porque la energía se transmite a través de un medio material, sin ningún movimiento global del propio medio. Las únicas ondas que no requieren un medio material para su propagación son las ondas electromagnéticas; en ese caso las oscilaciones corresponden a variaciones en la intensidad de los campos magnéticos y eléctricos.

Tipos de movimiento ondulatorio

Las ondas son una perturbación periódica del medio en que se mueven. En las ondas longitudinales, el medio se desplaza en la dirección de propagación. Por ejemplo, el aire se comprime y expande (figura 1) en la misma dirección en que avanza el sonido. En las ondas transversales, el medio se desplaza en ángulo recto a la dirección de propagación. Por ejemplo, las ondas en un estanque (figura 2) avanzan horizontalmente, pero el agua se desplaza verticalmente.

Los terremotos generan ondas de los dos tipos, que avanzan a distintas velocidades y con distintas trayectorias. Estas diferencias permiten determinar el epicentro del sismo. Las partículas atómicas y la luz pueden describirse mediante ondas de probabilidad, que en ciertos aspectos se comportan como las ondas de un estanque.

Interferencia: Cuando dos movimientos ondulatorios se propagan en la misma region de l espacio,ambos se superponen,dando lugar a un tercer movimiento cuya elongacion(en un punto determinado y en un momento concreto)se obtiene sumando las correspondientes elongaciones de ambos movimientos.
Conocidas las ecuaciones de propagacion de 2movimientos ondulatorios,se puede deducir analiticamente la ecuacion correspondiente al movimiento que resulta de la interferencia de ambos.
Si dichndas tienen igual direccion y sentido y ademas estan en posicion de fase(diferencia entre ambas fases de 180º) las sumas se anulan y los puntos estan en reposo.

Caracteristicas del movimiento ondulatorio:

Parametros:

• Velocidad (v):es el espacio longitudinal recorrido por la onda en cada unidad de tiempo. La velocidad de un movimiento ondulatorio depende del tipo de onda de que se trate y del medio de propagacion.


• Periodo(t):es el tiempo que tarda una particula en efectuar una oscilacion completa

• Longitud de onda(λ):es la distancia a la que se propaga una onda en el transcurso de un periodo. Es igual a la distancia entre dos puntos consecutivos situados en el medio de propagacion que tengan la misma posicion y la misma direccion(FASE).Los puntos situados a una distancia λ y en direccion de propagacion se hallan en concordancia de fase.


• Amplitud de onda(A):es el valor maximo del desplazamiento.(elongacion maxima)


• Frecuencia(N): es el numero de vibraciones que se producen en 1segundo. Su unidad es Herzio(Hz).

Las ondas electromagneticas experimentan los fenomenos de:

Reflexion: Cuando un movimiento ondulatorio inside sobre un obstaculo , se origina otro movimiento ondulario,denominado reflejado,que se propaga por el mismo medio en el fenomeno de reflexion .

Las caracteristicas del movimiento reflejado dependen de la forma que presentan el obstaculo.

Refraccion: En un medio homogeneo,un movimiento ondulatorio se propaga con velocidad constante, siendo esta velocidad de propagacion distinta para cada medio.

Al pasar de un medio a otro de distinta densidad ,todas las ondas electromagneticas cambian su direccion porque varia su velocidad de propagacion de ambos.

Difraccion:Las ondas electromagneticas pueden bordear obstaculos que se encuentran en su camino cuando atraviesan hendiduras cuyo ancho es del mismo orden que la λ. LA difraccion es mucho mas evidente en ondas largas o medias.Estas ondas no tienen inconvenientes en rodear por difraccion cualquier objeto que se interpone en su camino y asi llegar hasta los receptores. En cambio, a medida que la λ de la onda disminuye la posibilidad de difractarse se reduce.

Cuando una cuerda tensa se pulsa o se roza la perturbación resultante se propaga a lo largo de ella. Dicha perturbación consiste en la variación de la forma de la cuerda a partir de su estado de equilibrio: los segmentos de la cuerda se mueven en una dirección perpendicular a la cuerda y por tanto perpendicularmente a la dirección de propagación de la perturbación. Una onda en la que la perturbación es perpendicular a la dirección de propagación se denomina onda transversal.

EJEMPLOS Y SIMULACIONES Ondas transversales en una cuerda La siguiente simulación representa la propagación de una onda transversal, y con ella trataremos de mostrar las características esenciales del movimiento ondulatorio armónico. Algunos movimientos ondulatorios mecánicos, como las olas superficiales de los líquidos, son combinaciones de movimientos longitudinales y transversales, con lo que las partículas de líquido se mueven de forma circular. Longitud de onda λ: En una onda longitudinal, es la distancia entre dos compresiones o dos enrarecimientos sucesivos de la onda. En una onda transversal, la longitud de onda es la distancia entre dos crestas o valles sucesivos. Período T:  Es el tiempo que tarda una partícula en realizar una oscilación completa (una cresta completa y un valle completo consecutivos). Frecuencia F: La frecuencia es el número de vibraciones que se producen en cada segundo de tiempo transcurrido. La unidad de medida sería vibraciones/segundos, pero de acuerdo a la definición de Herzio se la expresa como Hz. También tiene una fórmula que es: F = 1 / T Velocidad de propagación V: La velocidad de propagación de la onda depende de la longitud de onda y del medio de propagación, es igual a su longitud de onda multiplicada por su frecuencia. V = λ . F Si reemplazamos la fórmula de la frecuencia nos queda: V = λ .1 / T V = λ / T Amplitud de onda A: Es el valor máximo o elongación máxima del desplazamiento de las partículas que vibran. Interferencia: Cuando dos ondas se encuentran en un punto, el desplazamiento resultante en ese punto es la suma de los desplazamientos individuales producidos por cada una de las ondas. Si los desplazamientos van en el mismo sentido, ambas ondas se refuerzan; si van en sentido opuesto, se debilitan mutuamente, este fenómeno se conoce como interferencia. Ondas estacionarias: Cuando dos ondas de igual amplitud, longitud de onda y velocidad avanzan en sentido opuesto a través de un medio se forman ondas estacionarias. Las ondas en las que la perturbación es paralela a la dirección de propagación se denominan longitudinales. Un ejemplo muy importante lo constituyen las ondas sonoras propagándose en cualquier medio material (sólido, líquido o gaseoso). Durante la propagación de la onda, las moléculas del medio oscilan en la dirección de propagación. EJEMPLOS Y SIMULACIONES Ondas longitudinales en una barra elástica La siguiente simulación representa la propagación de una onda longitudinal, y con ella trataremos de mostrar las características esenciales del movimiento ondulatorio armónico. Supongamos que una fuente situada en el origen describe un movimiento armónico simple. El movimiento de la fuente es comunicado a las partículas del medio, en el cual se propaga un movimiento ondulatorio armónico. Puede observarse cómo las partículas del medio, y en particular, las situadas en la posición x = 3, dibujadas en color azul para distinguirlas del resto, describen un movimiento armónico simple. La parte superior de la figura, representa el desplazamiento de cada una de las partículas del medio en función de tiempo. Por razones de claridad su amplitud se ha exagerado.