Características del movimiento ondulatorio

Una característica fundamental de movimiento ondulatorio es la ausencia de transporte neto de partículas materiales. La observación de los fenómenos que

llamamos ondulatorios luz, sonido, ondas superficiales en los líquidos, etc.

nos lleva a la conclusión de que se propaga energía y cantidad de movimiento, sin que ello suponga un transporte de materia, ya que las partículas del medio se limitan a oscilar en torno a sus posiciones de equilibrio por la acción de las fuerzas elásticas. Es decir, lo que se propaga es la perturbación producida en un punto a otros puntos del medio

Tipos de ondas

Según la forma en que se propagan las ondas pueden ser longitudinales, en las que la onda se propaga en la misma dirección de la vibración de las partículas, y las transversales, en las que dichas direcciones son perpendiculares entre sí.

En el caso del sonido, cuando se propaga a través del aire o de otro fluido, como las fuerzas que actúan entre las partículas son débiles (comparadas con las de los sólidos), la propagación de la onda sólo puede realizarse en la misma dirección de la oscilación, mediante las colisiones que se producen entre las partículas. Así, pues, en este tipo de medios las ondas mecánicas sólo pueden ser longitudinales

Velocidad de una onda

Una característica fundamental de los movimientos ondulatorios es que su velocidad de propagación sólo depende de las propiedades del medio. Así, todos los sonidos se propagan con la misma velocidad en el aire mientras no se modifiquen las propiedades de éste. Conviene distinguir claramente entre velocidad de propagación de la onda, y la velocidad con que se mueve cada uno de los puntos materiales del medio en su oscilación. Esta última, como se recordará varía armónicamente según la ecuación v = -A w sen w t

Magnitudes características de una onda

Ya nos hemos referido a la velocidad de propagación. Conviene considerar ahora un aspecto importante de las ondas: su periodicidad en el espacio, es decir, que cada cierta distancia se repite la elongación y el movimiento de los puntos del medio

En efecto, entre cada dos crestas o entre cada dos valles del perfil de la onda, encontraremos una distancia regular a la que se da el nombre de longitud de onda, que representaremos por λ.

Nos encontramos entonces con una doble periodicidad: por una parte, la elongación de cada punto se repite a intervalos regulares de tiempo T, que recibe el nombre de periodo de la oscilación, y, por otra, en un determinado instante, las elongaciones y movimiento de los puntos del medio se repiten a distancias regulares que denominamos longitudes de onda.

Difracción

Si una onda se encuentra en su camino con un obstáculo, por ejemplo, una rendija, debido al principio de Huygens todos los puntos se convierten en centros emisores de ondas elementales, por lo que lejos de anularse, se propaga a través del obstáculo como si hubiera sido generada por él. A este fenómeno se le denomina difracción.

Reflexión y refracción

Cuando una onda llega a la superficie de separación de dos medios distintos suelen producirse dos ondas, pues parte de la energía penetra en el nuevo medio y la restante permanece en el primero. La onda que pasa al segundo medio cambia de dirección de propagación y se denomina onda refractada, mientras que la que no pasa se denomina onda reflejada. El principio de Huygens es de gran utilidad para poder interpretar correctamente este fenómeno.

Se dice que la dirección de la onda es la del rayo, es decir, la perpendicular al frente de ondas y el ángulo de incidencia θi, el que forma dicho rayo con la normal a la superficie de separación de los dos medios.

Principio de superposición

El problema de superposición se plantea cuando por un medio se propagan dos o más ondas. Según el principio de superposición, la elongación de la onda resultante es la suma de las elongaciones de cada una por separado, sin perder ninguna de ellas sus características, es decir, después de superponerse, cada una se propaga de la misma forma que antes. La superposición de varios movimientos ondulatorios en el espacio recibe el nombre de interferencias.

Dos ondas, al sumarse, pueden dar lugar a una onda de mayor amplitud que las componentes o de amplitud menor en el caso de interferencia negativa.

Ondas estacionarias

Un caso interesante de interferencia es el de las ondas estacionarias, que se producen cuando dos ondas iguales se propagan en sentidos contrarios. En realidad no es un movimiento ondulatorio propiamente dicho, pues cada punto del medio vibra con un MAS de distinta amplitud, salvo los nodos, que siempre permanecen en reposo, y por tanto la energía no se propaga