MARCO TEÓRICO ¿Qué es una оnda?

MARCO TEÓRICO

¿Qué es una onda?

En física, se entiende por onda a la perturbación que se propaga a lo largo de un medio mediante la oscilación ligada a las partículas que lo constituyen. Las ondas son capaces  de transportar energía pero no materia.

Se pueden clasificar:

Según su naturaleza:

• Ondas Mecánicas: Necesitan un medio material para propagarse, como el sonido, una onda a lo largo de una cuerda, ondas sísmicas.
• Ondas Electromagnéticas: No requieren un medio material para propagarse (vacío), como es la luz, ondas de radio, los rayos x etc.

Según la dirección de la oscilación:

• Ondas Transversales: En ellas la dirección de oscilación es perpendicular a la dirección de propagación. Se puede mencionar la luz, una onda en una cuerda, etc.
• Ondas Longitudinales: Son aquellas ondas en las que la dirección de oscilación del medio coincide con la dirección de propagación de la onda. Ejemplos claros son el sonido, las espiras de un resorte.

Según el sentido de propagación:  

• Ondas viajeras: La propagación de la onda se realiza en un sentido único, expandiéndose libremente en todas las direcciones llegando a recorrer grandes distancias. Estas pueden ser mecánicas o electromagnéticas, transversales o longitudinales.
• Ondas Estacionarias: Estas se producen a partir de dos ondas  que se propagan en sentidos contrarios. Cuando una onda  incide sobre un punto fijo que la obliga a devolverse, pero invertida respecto de su forma inicial, ambas ondas (incidente y reflejada) se combinarán en forma precisa, dando origen a una onda aparentemente estática con lugares de vibración nula, llamados nodos y lugares de vibración máxima (amplitud), llamados antinodos. Este tipo de ondas se produce en instrumentos musicales de cuerda como la guitarra, en algunos de viento como la zampoña y de percusión como el tambor. Los nodos se encuentran a una distancia igual a media longitud de onda, uno de otro. Si se modifica la longitud de la cuerda o la tensión en sus extremos, cambia el número de nodos y antinodos.

Ondas estacionarias en cuerdas:

Estas ondas se caracterizan por ser mecánicas, utilizando la cuerda como medio de propagación y transporte de energía.  También son clasificadas por ser transversales, ya que la propagación de las vibraciones es en forma perpendicular a la dirección de propagación. Se da como resultado de la superposición de dos movimientos ondulatorios armónicos de igual amplitud y frecuencia que se propagan en sentidos opuestos a través de un medio.

[pic 1] Imagen 1: Onda estacionaria

La imagen 1, muestra la gráfica de una onda estacionaria en una cuerda, mostrando nodos y antinodos.

[pic 2] Imagen 2: Características de                   una onda  

La imagen 2, muestra las partes características de una onda:

• Amplitud: máxima elongación. Se mide en m o cm.
• Longitud de onda: longitud de un solo pulso. También es longitud entre dos crestas, dos valles o 3 nodos. Se mide en m o cm.

[pic 3]

• Periodo: Tiempo que demora un pulso en realizar un ciclo completo.

[pic 4]

• Frecuencia: número de ciclos que se producen por unidad de tiempo. Se mide en Hertz.

[pic 5]

• Rapidez de propagación: distancia recorrida por la onda en una unidad de tiempo.

       o          [pic 6][pic 7]

En una cuerda de masa M, la velocidad puede ser calculada como:

[pic 8]

Dónde: T= tensión de la cuerda.

            µ= densidad de masa  [pic 9]

            L = largo de la cuerda

Visualizando el comportamiento de la onda en la Imagen 2, el desplazamiento de la onda es demostrado por el eje X y la elongación alcanzada por la onda es demostrado por el eje Y. Para darle un sentido matemático, hay que tomar en cuenta que la elongación alcanzada por la onda dependerá del instante de tiempo. Por lo que se puede escribir de la siguiente forma: y(x,t), esto quiere decir que la elongación (y) depende del desplazamiento de la onda (x) y el instante de tiempo (t), respectivamente.

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