Fenómenos ondulatorios

~Reflexión de las ondas
Hasta el momento hemos estudiado las ondas como si el medio fuese de extensión infinita y homogénea. Pero ¿qué sucede cuando una onda choca contra un obstáculo?
Cuando una onda llega a un obstáculo o al final del medio material donde se propaga, una parte de la onda se devuelve, es decir, se refleja.
Definición: 
La reflexión consiste en el cambio de dirección que experimenta una onda cuando choca contra un obstáculo. La onda que se dirige hacia el obstáculo se denomina onda incidente, mientras que la onda que se aleja del obstáculo después de haber chocado contra él se denomina onda reflejada.

Según la figura podemos afirmar que el ángulo que la onda incidente forma con la superficie reflectora es igual al ángulo formado por la onda reflejada, es decir, el ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia.

~Refracción de las ondas

Cuando una onda llega a la frontera con otro medio diferente al medio en que se propaga, una parte de ella se refleja mientras que otra parte se transmite. La parte de la onda que es transmitida hacia el otro medio se llama onda refractada.

Cuando una onda cambia de medio, la dirección y la velocidad de propagación también cambian; a este fenómeno se le denomina refracción.

Definición:

La refracción de las ondas consiste en el cambio de dirección que experimenta un movimiento ondulatorio cuando pasa de un medio material a otro.

~Principio de Huygens

El principio de Huygens, establecido por el científico holandés Christian Huygens en 1678, es una construcción geométrica que explica cómo cambia un frente de onda de una posición a otra y su forma de propagación. Huygens admitió que cada punto del medio alcanzado por la perturbación, se convierte en un foco secundario que se expande en todas las direcciones con rapidez igual a la rapidez de propagación de la onda, tal como se muestra en la siguiente figura.

Definición:

Todo punto de un frente de onda se considera como un foco o fuente de nuevas ondas que se propagan en todas las direcciones, con velocidad igual a la velocidad de propagación de las ondas.

~Difracción

Las ondas se dispersan al propagarse, y cuando encuentran un obstáculo,lo rodean y se doblan alrededor de él. Por ejemplo, cuando estamos en un cuarto cerrado y deseamos escuchar una conversación que se da en el pasillo, abrimos ligeramente la puerta y así logramos escuchar a través de la rendija. Esto sucede porque la onda sonora bordea el obstáculo, o sea la puerta, y sigue su camino, es decir que entra a la habitación. A este fenómeno se le llama difracción.

Definición:

La difracción de las ondas consiste en la dispersión y curvado aparente de las ondas cuando encuentran un obstáculo.

~Principio de superposición

Ahora analizaremos el comportamiento de una onda cuando se encuentra con otra en un mismo punto del medio. Cada onda afecta al medio en forma independiente, y por tanto los efectos de tales ondas pueden analizarse mediante el principio de superposición.

Definición:

El principio de superposición establece que cuando dos o más ondas se encuentran en determinado punto de un medio en el mismo instante, el desplazamiento resultante es la suma algebraica de los desplazamientos individuales.

1~Interferencia

Cuando dos o más ondas de la misma naturaleza coinciden en un punto del medio, en un instante determinado, sucede lo que se define como interferencia. 

Por ejemplo, si se golpea periódicamente con dos objetos la superficie del agua en un estanque, se producen dos frentes de onda circulares que se propagan a través de ella con la misma frecuencia e igual amplitud, es decir, en el momento en que un objeto produce una cresta, el otro también genera la suya, y cuando uno produce un valle, el otro también lo hace. En estas condiciones, los dos focos vibratorios se encuentran en fase, originando una superposición de las ondas. 

2~Ondas estacionarias

Cuando dos ondas armónicas, de igual frecuencia y amplitud, se propagan en el mismo medio, en la misma dirección pero en sentidos opuestos, se superponen, originando una oscilación particular, que no tiene las características de una onda viajera y por eso se define como onda estacionaria.

Los puntos de interferencia destructiva, llamados nodos, y de interferencia constructiva, llamados antinodos, permanecen en lugares fijos.

Ondas de radio

Las ondas de radio son muy utilizadas en el campo de las telecomunicaciones, ya que por medio de ellas es posible la transmisión de información. De acuerdo con la forma en que se transmiten, se reconocen tres tipos de ondas: superficiales, aéreas y espaciales.

~ Las ondas superficiales son ondas con frecuencias hasta de 3 MHz, que, de acuerdo con las características del lugar, se propagan por la superficie terrestre.

~ Las ondas áreas son ondas de frecuencias entre los 3 MHz y los 30 MHz. Estas ondas se propagan por el aire mediante sucesivas reflexiones entre la ionosfera y la superficie terrestre, lográndose de esta manera un gran alcance.

~ Las ondas espaciales son ondas con frecuencias superiores a los 30 MHz, que pueden alcanzar distancias superiores a los 100 km. La transmisión de estas ondas generalmente se realiza a través de la ionosfera.

Dania Martínez

Genisis Tirado

Andrés Rizo

11°A

Propagación de las ondas

Partes de una onda

~Ondas periódicas

Al tomar una cuerda estirada y aplicarle un movimiento vertical en uno de sus
extremos, se genera un pulso que viaja a través de la cuerda. Cada partícula de
la cuerda permanece en reposo hasta cuando el pulso llega hasta ella, donde
se mueve durante un instante y regresa al reposo (como se muestra a continuación
en la parte a de la figura). Si se mantiene constante el movimiento en
el extremo de la cuerda, la propagación a lo largo de la cuerda será periódica

y producirá un tren de ondas (b).

Cuando la perturbación local que origina la onda se produce en ciclos repetitivos, se dice que la onda es periódica. Si el movimiento de la perturbación es armónico simple y no existe amortiguamiento, la onda que se propaga se denomina onda armónica.

En ella se observan las siguientes características:

~ La longitud de onda (l): Es la distancia entre dos puntos en los que empieza

a repetirse al movimiento; por ejemplo, entre dos crestas o entre dos valles.

~ La amplitud de onda (A): Es la distancia máxima que alcanza una partícula con respecto a su posición de equilibrio.

~ La frecuencia (f ): Es el número de ondas generadas en la unidad de tiempo.

Al igual que en el movimiento armónico simple, su unidad en el Sistema Internacional es el hercio (Hz).

~ El período (T): Es el tiempo en el cual se produce una onda, que coincide con el tiempo que tarda un punto en dar una vibración completa.

~ La velocidad de propagación (v): Es la velocidad con la que se desplaza la perturbación por el medio. Depende de la elasticidad y de la rigidez del medio.

~Ondas longitudinales y transversales

La dirección de propagación de una onda puede ser paralela o perpendicular a la dirección del movimiento de las partículas del medio en el que se propaga. De acuerdo con esto, existen dos tipos de ondas: longitudinales y transversales.

Definición: 

Las ondas longitudinales son aquellas en las que las partículas del medio

oscilan en dirección paralela a la dirección en que se propaga el movimiento

ondulatorio. 

Las ondas longitudinales son mecánicas. Son ejemplos de ondas longitudinales las producidas por un resorte cuando se hace oscilar uno de sus extremos en la misma dirección del resorte y las de sonido.

Definición:

Las ondas transversales son aquellas en las que las partículas del medio oscilan en dirección perpendicular a la dirección en que se propaga el movimiento ondulatorio. Las ondas generadas en un estanque de agua, las generadas en la cuerda, o las ondas electromagnéticas son ejemplos de las ondas transversales.

Propagación de las ondas

Formación de las ondas.

Una onda puede ser formada a partir de la caída de una gota en la superficie del agua de un estanque. la gota produce una perturbación en el agua, hasta la orilla del estanque, en círculos concéntricos. Aunque esta propagación se mueve con determinada velocidad, las partículas de agua no avanzan, simplemente se mueven hacia arriba y hacia abajo con respecto al punto de equilibrio. ademas al golpear suavemente la superficie del estanque con el borde de una regla se pueden producir perturbaciones en las cuales las ondas se propagan en pulsos rectos. Cada una de las líneas que unen todos los puntos de la superficie del agua que se encuentran se denominan frentes de onda.

Estos movimientos que se producen a través de un medio material de propagación se denominan movimientos ondulatorios. En un movimiento ondulatorio se difunde energía entre dos puntos del medio sin que haya transporte de materia. Según el medio de propagación, las ondas se clasifican en ondas mecánicas y ondas electromagnéticas.

~ Ondas mecánicas: las ondas mecánicas difunden energía a través de un medio elástico (sólido, líquido o gaseoso). Por ejemplo, las ondas en las cuerdas, en el agua y las sonoras.

~ Ondas electromagnéticas: las ondas electromagnéticas se propagan en el

vacío. Difunden energía por las oscilaciones de campos eléctricos y campos magnéticos. Por ejemplo, la luz, la radiación ultravioleta y los rayos X.