Clasificación de ondas

Clasificación de ondas
• Ondas mecánicas: las ondas mecánicas necesitan un medio elástico (sólido, líquido o
gaseoso) para propagarse. Las partículas del medio oscilan alrededor de un punto fijo,
por lo que no existe transporte neto de materia a través del medio. Como en el caso de
una alfombra o un látigo cuyo extremo se sacude, la alfombra no se desplaza, sin
embargo una onda se propaga a través de ella. Dentro de las ondas mecánicas tenemos
las ondas elásticas, las ondas sonoras y las ondas de gravedad.
• Ondas electromagnéticas: las ondas electromagnéticas se propagan por el espacio sin
necesidad de un medio pudiendo, por tanto, propagarse en el vacío. Esto es debido a que
las ondas electromagnéticas son producidas por las oscilaciones de un campo eléctrico
en relación con un campo magnético asociado.
• Ondas gravitacionales: las ondas gravitacionales son perturbaciones que alteran la
geometría misma del espacio-tiempo y aunque es común representarlas viajando en el
vacío, técnicamente no podemos afirmar que se desplacen por ningún espacio sino que
en sí mismas son alteraciones del espacio-tiempo.
• Ondas unidimensionales: las ondas unidimensionales son aquellas que se propagan a
lo largo de una sola dirección del espacio, como las ondas en los muelles o en las
cuerdas. Si la onda se propaga en una dirección única, sus frentes de onda son planos y
paralelos.
• Ondas bidimensionales o superficiales: son ondas que se propagan en dos direcciones.
Pueden propagarse, en cualquiera de las direcciones de una superficie, por ello, se
denominan también ondas superficiales. Un ejemplo son las ondas que se producen en
la superficie de un lago cuando se deja caer una piedra sobre él.
• Ondas tridimensionales o esféricas: son ondas que se propagan en tres direcciones. Las
ondas tridimensionales se conocen también como ondas esféricas, porque sus frentes de
ondas son esferas concéntricas que salen de la fuente de perturbación expandiéndose en
todas direcciones. El sonido es una onda tridimensional. Son ondas tridimensionales las
ondas sonoras (mecánicas) y las ondas electromagnéticas.
• Ondas longitudinales: el movimiento de las partículas que transportan la onda es
paralelo a la dirección de propagación de la onda. Por ejemplo, un muelle que se
comprime da lugar a una onda longitudinal.
• Ondas transversales: las partículas se mueven perpendicularmente a la dirección de
propagación de la onda.
• Ondas periódicas: la perturbación local que las origina se produce en ciclos repetitivos
por ejemplo una onda senoidal.
• Ondas no periódicas: la perturbación que las origina se da aisladamente o, en el caso
de que se repita, las perturbaciones sucesivas tienen características diferentes. Las ondas
aisladas se denominan también pulsos.
Elementos de una onda
Cresta: es la parte más elevado de una onda.
Valle: es la parte más baja de una onda.
Elongación: es el desplazamiento entre la posición de equilibrio y la posición en un
instante determinado.
Amplitud: es la máxima elongación, es decir, el desplazamiento desde el punto de
equilibrio hasta la cresta o el valle.
Longitud de onda (lamda): es la distancia comprendida entre dos crestas o dos valles.
Onda completa: cuando ha pasado por todas las elongaciones positivas y negativas.
Período (T): el tiempo transcurrido para que se realice una onda completa.
Frecuencia (f): Es el número de ondas que se suceden en la unidad de tiempo.
Formulas relacionadas
Las ondas se mueven con movimiento uniforme, de tal forma que:
La distancia que recorre una onda (representado por X) será el número de veces que
tenemos la longitud de una onda:
donde n= número de ondas y lamda es la longitud de una onda.
Si sustituimos la segunda fórmula en la primera nos queda:
Sin embargo, sabemos que la frecuencia es el número de ondas entre el tiempo:
Reflexión y refracción
Los fenómenos de la reflexión y la refracción son de los más conocidos y
característicos de las ondas.
Estos fenómenos se producen cuando la onda encuentra en su camino una separación
entre dos medios diferentes.
Casos típicos tenemos en la reflexión y refracción del sonido, de ondas en la
superficie del agua, etc.
La reflexión se produce cuando una onda encuentra una separación entre dos medios
y retrocede hacia el mismo medio del cual provenía.
La refracción se produce cuando una onda al encontrar una superficie de separación
entre dos medios, la atraviesa y se propaga por el segundo medio.
Por lo general estos fenómenos se producen simultáneamente es decir parte de la
onda se refleja y parte de la misma se refracta.
En la figura se observa un frente de onda plano dirigiéndose hacia la superficie de
separación de los medios 1 y 2.
Las líneas en rojo y azul son los rayos, que es una forma de representar la
propagación de las ondas, que no son ni más ni menos que líneas dibujadas
perpendicularmente a los frente de onda y las flechas indican el sentido de su
propagación.
La onda que se dirige hacia la superficie de separación entre los planos se
llama onda incidente, la onda que rebota hacia el mismo medio, se llama onda
reflejada y la onda que atraviesa la superficie de separación de ambos medios pasando
al medio 2 se llama onda refractada.
En forma experimental se comprueban las siguientes leyes que regulan estos
fenómenos.
1) Las direcciones de la onda incidente, reflejada y refractada están en un
mismo plano, perpendicular a la superficie de separación y en ella se encuentra la
normal.
Ángulo de incidencia (i) es el formado por la dirección de propagación de la onda
incidente (rayo incidente) con la normal a la superficie de separación de los medios, o lo
que es lo mismo el ángulo que forma el frente de onda incidente con la superficie de
separación de los medios..
Ángulo de reflexión (r) es el formado por la dirección de propagación de la onda
reflejada (rayo reflejado) con la normal a la superficie de separación de los medios, o lo
que es lo mismo el ángulo que forma el frente de onda reflejado con la superficie de
separación de los medios..
Ángulo de refracción (t) es el formado por la dirección de propagación de la onda
refractada (rayo refractado) con la normal a la superficie de separación de los medios, o
lo que es lo mismo el ángulo que forma el frente de onda refractado con la superficie de
separación de los medios..
2) Los ángulos de incidencia (i) y de reflexión (r) son iguales.
3) El cociente entre el seno del ángulo de incidencia (i) y el seno del ángulo de
refracción (t) es un valor constante que depende de los medios. (Ley de Snell)
Al valor n2-1 se le llama índice de refracción del medio 2 respecto a medio 1.
Índice de refracción
Se denomina índice de refracción de un medio al cociente entre la velocidad de la
luz en el vacío (c) y la velocidad que tiene en el medio (v).
En la ley de Snell tendremos dos índices de refracción uno para cada uno de los
medios que el frente de onda atraviesa.
A valor n2-1 se le llama índice de refracción relativo del segundo medio (2), respecto
del primero (1).
Índices de Refracción
(Para  = 589 m)
Agua
Alcohol etílico
Cuarzo
Vidrio
Fluorita
1,33
1,36
1,54
1,46 - 1,96
1,43
Etanol
Sulfuro
de Carbono
Poliestireno
Diamante
Acetona
1,36
1,63
1,59
2,42
1,36
La tabla que se adjunta es a título informativo, para que se tenga una idea de los
valores del índice de refracción de alguna sustancia.
Reflexión total
Supongamos
un frente de onda que atraviesa la superficie de separación de dos medios
diferentes y por lo tanto con velocidades de propagación diferentes y de
acuerdo a lo visto anteriormente se cumple que
Esta ecuación tiene respuesta válida si el segundo miembro
y el valor límite sería 1 por lo que
Esta situación hace que el ángulo
refractado sea de 90º por lo que el frente
de onda sale en dirección de la superficie
de separación de los medios como se
indica en el dibujo de la derecha.
El ángulo de incidencia que provoca
que el ángulo de refracción valga 90º se
llama ángulo límite(crítico para algunos
autores). Una vez superado el ángulo
límite la onda se refleja manteniéndose en
el mismo medio, no atraviesa la superficie
de separación de los medios que se
comporta como una superficie reflejante.
Reflexión Total
Este fenómeno por el cual la onda no atraviesa la superficie de separación de los
medios y se refleja en la misma una vez superado el ángulo límite se le llama reflexión
total y lo observamos en el dibujo a la izquierda.
Para que se de la situación de reflexión total debe entonces cumplirse que v2 >
v1 como sería el caso por ejemplo de un onda que se propaga por el agua (medio 1) y
la superficie de separación la tiene con el aire (medio 2).
Un caso donde se puede dar reflexión total
es cuando un rayo de luz se propaga por un medio (agua o vidrio) y llega a límite de su
superficie con el aire, en ese lugar puede darse reflexión si el ángulo de incidencia
supera el ángulo límite.