Las ondas en el agua, las ondas sonoras, las ondas de radio, las ondas gravitacionales... ¡Están en todas partes! Pero, ¿qué son? Las ondas, en física, son una forma de transmisión de energía.
Las ondas las entendemos como una perturbación de alguna propiedad de un medio, habitualmente la energía.
Y debido a que se pueden concebir como una transmisión de energía en forma de oscilaciones, hay muchos tipos de ondas.
¿Qué son las ondas estacionarias y progresivas?
Podemos dividir las ondas en estacionarias y progresivas:
Las ondas estacionarias no se propagan, ya que cada punto de un medio oscila permanentemente y no se observa una propagación de la oscilación.
Un ejemplo de ello son las cuerdas de la guitarra cuando la tocas: oscilan generando un sonido, pero la perturbación no escapa de la cuerda de la guitarra.
Las ondas progresivas, en cambio, viajan de un lugar a otro y son capaces de transportar energía, materia...
Un ejemplo clásico de ondas progresivas son las ondas mecánicas que se producen en el mar (también conocidas como olas).
Fig. 1: Una onda progresiva se mueve de un lugar a otro.
Fig. 2: Una onda estacionaria no viaja de un lugar a otro. Las ondas estacionarias son oscilaciones que aparecen y desaparecen en puntos fijos del espacio, como se muestra arriba.
Ondas armónicas
Para representar las ondas simples, utilizamos las dos funciones matemáticas del seno y el coseno, que tienen patrones de oscilación cíclica. Las encontrarás en todas las matemáticas relacionadas con las ondas, puesto que cualquier onda (y, de hecho, cualquier función suficientemente suave) puede ser escrita en términos de estas funciones.
Fig. 3: Las funciones seno y coseno se utilizan para representar ondas simples debido a su comportamiento oscilante.
Las funciones seno y coseno se pueden tomar como ejemplos paradigmáticos de ondas de los cuales extraer propiedades como:
- Amplitud: es la altura de la onda medida sobre la recta determinada por la propagación de la onda.
- Crestas: son los puntos donde se alcanza la máxima amplitud positiva de la onda respecto al plano de equilibrio.
- Valles: son los puntos donde se alcanza la máxima amplitud negativa de la onda respecto al plano de equilibrio
- Longitud de onda: es la longitud medida desde una cresta hasta la siguiente (o desde un valle al siguiente; o, de forma general, entre dos puntos que se encuentren en el mismo estado de oscilación), que se indica con el símbolo λ y se mide en metros, pues es una longitud.
- Altura/amplitud de la onda: es la altura se denota por el símbolo H y se mide en metros. La altura de la onda es la distancia vertical entre la cresta y la depresión y se corresponde con el doble de la amplitud, que se denota por la letra A. Habitualmente se usa la amplitud y no la altura.
- Periodo: es el tiempo que tarda una onda en repetir su patrón de oscilación (es decir, el tiempo que transcurre desde una cresta hasta la siguiente, desde un valle hasta el siguiente o, de forma general, entre dos puntos que se encuentren en el miso estado de oscilación). Se denota con el símbolo T y se mide en segundos.
- Frecuencia: es el número de veces que se repite una onda durante un intervalo de tiempo igual a un segundo. Se denota con el símbolo f y se mide en Hercios.
- Velocidad de la onda: es la velocidad a la que se mueve una onda, que se indica con el símbolo v y se mide en m/s.
Fig. 4: Dos parámetros muy importantes de una onda son su amplitud (H/2) y su longitud de onda (λ).
Ejemplos de ondas en la naturaleza
Como las ondas representan una forma de transmisión de energía, puedes encontrarlas en todas partes: en materiales sólidos, en fluidos, en el aire o en el vacío del espacio.
Aquí tienes algunos ejemplos de ondas:
- Olas: las olas que ves en la playa o en el océano son creadas por el viento que sopla sobre la superficie del océano y por diferencias de profundidad. Transportan cantidades de agua.
- Ondas sonoras: vibraciones que son el producto de ondas mecánicas que se mueven a través del aire.
- Ondas de radio: ondas electromagnéticas producidas por cargas eléctricas en movimiento.
- Ondas sísmicas (terremotos): se producen en los sólidos y son ondas mecánicas producidas por el movimiento de las placas tectónicas.
- Ondas gravitacionales: producidas por masas elevadas en regiones pequeñas del espacio. Se propagan por el espacio/tiempo y los perturban.
Transporte de energía y masa en ondas
Cuando las ondas son de naturaleza progresiva, se desplazan de un lugar a otro, como en el caso de las ondas marinas. Sin embargo, además de esto, las olas del mar transportan agua con ellas.
Las olas progresivas, por tanto, pueden transferir masa y energía. En concreto, transportan energía cinética al desplazarse por el medio, haciéndolo vibrar. Ejemplos de ello son las ondas oceánicas, sonoras y sísmicas. La transferencia de energía, que es paralela al movimiento de la onda, se observa fácilmente cuando las ondas se desplazan de un lugar a otro y somos capaces de percibir ese desplazamiento.
Ondas mecánicas (en sólidos)
Las ondas también pueden aparecer en materiales sólidos, en cuyo caso actúan como ondas sísmicas. Estas ondas solo transportan energía dentro del material. Si, por ejemplo, golpeas una mesa, puedes sentir las vibraciones dentro de la mesa con las manos. Estas vibraciones son ondas sísmicas que se propagan por tu cuerpo.
Ondas - Puntos clave
- Las ondas son oscilaciones que transportan energía, masa o alguna otra cantidad en el espacio.
- Las ondas pueden estar presentes en muchos fenómenos de intercambio de energía, como las ondas electromagnéticas (luz), las ondas oceánicas, las ondas sonoras, las ondas sísmicas, las vibraciones atmosféricas...
- Las ondas están descritas gracias a varios parámetros importantes, como su amplitud, longitud, frecuencia, periodo y velocidad.
- Las ondas pueden ser progresivas o estacionarias.
- Las ondas progresivas se mueven de un punto a otro, mientras que las estacionarias solo aparecen y desaparecen en puntos fijos del espacio.
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