EVENTOS ONDULATORIOS

Mg Sc NÉSTOR CANTILLO TEHERÁN
EVENTOS ONDULATORIOS
DEFINICIONES
El término suele ser entendido intuitivamente como el transporte de
perturbaciones en el espacio, donde no se considera el espacio como un todo
sino como un medio en el que pueden producirse y propagarse dichas
perturbaciones a través de él. En una onda, la energía de una vibración se va
alejando de la fuente en forma de una perturbación que se propaga en el medio
circundante (Hall, 1980: 8). Sin embargo, esta noción es problemática en casos
como una onda estacionaria (por ejemplo, una onda en una cuerda bajo ciertas
condiciones) donde la transferencia de energía se propaga en ambas
direcciones por igual, o para ondas electromagnéticas/luminosas en el vacío,
donde el concepto de medio no puede ser aplicado.
Por tales razones, la teoría de ondas se conforma como una característica
rama de la física que se ocupa de las propiedades de los fenómenos
ondulatorios independientemente de cual sea su origen físico (Ostrovsky y
Potapov, 1999). Una peculiaridad de estos fenómenos ondulatorios es que a
pesar de que el estudio de sus características no depende del tipo de onda en
cuestión, los distintos orígenes físicos que provocan su aparición les confieren
propiedades muy particulares que las distinguen de unos fenómenos a otros.
Por ejemplo, la acústica se diferencia de la óptica en que las ondas sonoras
están
relacionadas
con
aspectos
más
mecánicos
que
las
ondas
electromagnéticas (que son las que gobiernan los fenómenos ópticos).
Conceptos tales como masa, cantidad de movimiento, inercia o elasticidad son
conceptos importantes para describir procesos de ondas sonoras, a diferencia
de en las ópticas, donde estas no tienen una especial relevancia. Por lo tanto,
las diferencias en el origen o naturaleza de las ondas producen ciertas
propiedades que caracterizan cada onda, manifestando distintos efectos en el
medio en que se propagan (por ejemplo, en el caso del aire: vórtices, ondas de
choque.
En
el
caso
de
los
sólidos:
dispersión.
electromagnetismo presión de radiación.)
ELEMENTOS DE UNA ONDA
En
el
caso
del
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Cresta: La cresta es el punto más alto de dicha amplitud o punto máximo de
saturación de la onda.
Período: El periodo es el tiempo que tarda la onda en ir de un punto de máxima
amplitud al siguiente.
Amplitud: La amplitud es la distancia vertical entre una cresta y el punto medio
de la onda. Nótese que pueden existir ondas cuya amplitud sea variable, es
decir, crezca o decrezca con el paso del tiempo.
Frecuencia: Número de veces que es repetida dicha vibración. En otras
palabras, es una simple repetición de valores por un período determinado.
Valle: Es el punto más bajo de una onda.
Longitud de onda: Distancia que hay entre dos crestas consecutivas de dicho
tamaño.
Características
Las ondas periódicas están caracterizadas por crestas o montes y valles], y
usualmente es categorizada como longitudinal o transversal. Una onda
transversal son aquellas con las vibraciones perpendiculares a la dirección de
propagación de la onda; ejemplos incluyen ondas en una cuerda y ondas
electromagnéticas.
Ondas longitudinales son aquellas con vibraciones
paralelas en la dirección de la propagación de las ondas; ejemplos incluyen
ondas sonoras.
Cuando un objeto corte hacia arriba y abajo en una onda en un estanque,
experimenta una trayectoria orbital porque las ondas no son simples ondas
transversales sinusoidales.
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Ondas en la superficie de una cuba son realmente una combinación de ondas
transversales y longitudinales; por lo tanto, los puntos en la superficie siguen
caminos orbitales.
Todas las ondas tienen un comportamiento común bajo un número de
situaciones estándar. Todas las ondas pueden experimentar las siguientes:
Difracción - Ocurre cuando una onda al topar con el borde de un obstáculo deja
de ir en línea recta para rodearlo.
Efecto Doppler - Efecto debido al movimiento relativo entre la fuente emisora
de las ondas y el receptor de las mismas.
Interferencia - Ocurre cuando dos ondas se combinan al encontrarse en el
mismo punto del espacio.
Reflexión - Ocurre cuando una onda, al encontrarse con un nuevo medio que
no puede atravesar, cambia de dirección.
Refracción - Ocurre cuando una onda cambia de dirección al entrar en un
nuevo medio en el que viaja a distinta velocidad.
Onda de choque - Ocurre cuando varias ondas que viajan en un medio se
superponen formando un cono.
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REFRACCIÓN
Refracción de la luz en diversos contenedores.
La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de
un medio material a otro. Sólo se produce si la onda incide oblicuamente sobre
la superficie de separación de los dos medios y si éstos tienen índices de
refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad de
propagación de la onda.
Un ejemplo de este fenómeno se ve cuando se sumerge un lápiz en un vaso
con agua: el lápiz parece quebrado. También se produce refracción cuando la
luz atraviesa capas de aire a distinta temperatura, de la que depende el índice
de refracción. Los espejismos son producidos por un caso extremo de
refracción, denominado reflexión total. Aunque el fenómeno de la refracción se
observa frecuentemente en ondas electromagnéticas como la luz, el concepto
es aplicable a cualquier tipo de onda.
Cuando un rayo se refracta al pasar de un medio a otro, el ángulo de refracción
con el que entra es igual al ángulo en que sale al volver a pasar de ese medio
al medio inicial.
Se produce cuando la luz pasa de un medio de propagación a otro con
una densidad óptica diferente, sufriendo un cambio de rapidez y un cambio de
dirección si no incide perpendicularmente en la superficie. Esta desviación en la
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dirección de propagación se explica por medio de la ley de Snell. Esta ley, así
como la refracción en medios no homogéneos, son consecuencia del principio
de Fermat, que indica que la luz se propaga entre dos puntos siguiendo la
trayectoria de recorrido óptico de menor tiempo.
Por otro lado, la velocidad de la penetración de la luz en un medio distinto del
vacío está en relación con la longitud de la onda y, cuando un haz de luz
blanca pasa de un medio a otro, cada color sufre una ligera desviación. Este
fenómeno es conocido como dispersión de la luz. Por ejemplo, al llegar a un
medio más denso, las ondas más cortas pierden velocidad sobre las largas (ej:
cuando la luz blanca atraviesa un prisma). Las longitudes de onda corta son
hasta 4 veces más dispersadas que las largas lo cual explica que el cielo se
vea azulado, ya que para esa gama de colores el índice de refracción es mayor
y se dispersa más.
En la refracción se cumplen las leyes deducidas por Huygens que rigen todo el
movimiento ondulatorio:
 El rayo incidente, el reflejado y el refractado se encuentran en el mismo
plano.
 Los ángulos de incidencia y reflexión son iguales, entendiendo por tales
los que forman respectivamente el rayo incidente y el reflejado con la
perpendicular (llamada Normal) a la superficie de separación trazada en
el punto de incidencia.
La velocidad de la luz depende del medio que atraviese, por lo que es más
lenta cuanto más denso sea el material y viceversa. Por ello, cuando la luz
pasa de un medio menos denso (aire) a otro más denso (cristal), el rayo de luz
es refractado acercándose a la normal y por tanto, el ángulo de refracción será
más pequeño que el ángulo de incidencia. Del mismo modo, si el rayo de luz
pasa de un medio más denso a uno menos denso, será refractado alejándose
de la normal y, por tanto, el ángulo de incidencia será menor que el de
refracción.
ÍNDICE DE REFRACCIÓN
Es la relación entre la velocidad de propagación de la onda en un medio de
referencia (por ejemplo el vacío para las ondas electromagnéticas) y su
velocidad en el medio del que se trate.
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Ángulo crítico: cualquier rayo que incida con un ángulo θ1 mayor al ángulo
crítico θc correspondiente a ese par de sustancias, se reflejará en
la interfase en lugar de refractarse.
REFRACCIÓN DE ONDAS DE RADIO
El fenómeno de la refracción es un fenómeno que se observa en todo tipo de
ondas. En el caso de las ondas de radio, la refracción es especialmente
importante en la ionosfera, en la que se producen una serie continua de
refracciones que permiten a las ondas de radio viajar de un punto del planeta a
otro.
REFRACCIÓN DE ONDAS SÍSMICAS
Otro ejemplo de refracción no ligado a ondas electromagnéticas es el de
las ondas sísmicas. La velocidad de propagación de las ondas sísmicas
depende de la densidad del medio de propagación y, por lo tanto, de la
profundidad y de la composición de la región atravesada por las ondas. Se
producen fenómenos de refracción en los siguientes casos:


Refracción entre la transición entre dos capas geológicas, especialmente
entre el manto terrestre y el núcleo de la Tierra.
En el manto, por pequeñas desviaciones de la densidad entre capas
ascendentes menos densas y descendentes, más densas.
LEY DE REFRACCIÓN (LEY DE SNELL)
La relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de
refracción es igual a la razón entre la velocidad de la onda en el primer medio y
la velocidad de la onda en el segundo medio, o bien puede entenderse como el
producto del índice de refracción del primer medio por el seno del ángulo de
incidencia es igual al producto del índice de refracción del segundo medio por
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el seno del ángulo de refracción. Donde: n1 = índice de refracción del primer
medio, θ1= Ángulo de Incidencia, n2 = índice de refracción del segundo medio
y θ2 = ángulo de refracción.
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REFERENCIAS
CONTENIDO TEÓRICO
http://www.educaplus.org/luz/refraccion.html
http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/OptGeometrica/
reflex_Refrac/Refraccion.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Refracci%C3%B3n
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/ondas/snell/snell.htm
VIDEOS
http://www.youtube.com/watch?v=B6jNK3alE_Q
http://www.youtube.com/watch?v=gqxgokWGfo4&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=DtDaQPbKV9s&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=6JqFdkjGkEI&feature=related
PROFUNDIZACIÓN
DEFECTOS DE REFRACCIÓN
http://www.sepeap.org/archivos/libros/OFTALMOLOGIA/Ar_1_8_44_APR_15.pdf
http://www.redsalud.gov.cl/archivos/guiasges/Guia_Vicios_de_Refraccion.pdf
PRACTICA DE LABORATORIO
http://www.ucm.es/info/Geofis/practicas/prac22.pdf
SIMULACIONES
http://www.softonic.com/s/simulador-refraccion
http://aspire.cosmic-ray.org/labs/AspireRefractionDemos/index.htm
http://www.unalmed.edu.co/~daristiz/virtual/optica.htm