Propiedades Generales de las Ondas
Es un placer estar una vez más por acá compartiendo con ustedes temas interesantes como es el de las ondas. En publicaciones anteriores estuvimos aprendiendo un poco sobre las ondas y sus clasificaciones según sus características, en esta ocasión conoceremos sobre las propiedades generales de las ondas.
Imagen realizada con la página web de diseño gráfico y composición de imágenes Canva.
Primeramente, es importante acotar que tanto las ondas transversales como longitudinales pueden representarse gráficamente para estudiar algunos parámetros que las caracterizan.
Si observamos con detenimiento la imagen A, la cual nos muestra una representación de una onda transversal, mientras que la imagen B una onda longitudinal. La forma y movimiento de las ondas sencillas pueden describirse en términos de su frecuencia, periodo, longitud de onda, amplitud y rapidez.
Ahora bien, la frecuencia (f) de una serie de ondas es el número de ondas completas que pasan por un punto fijo en un segundo. El período (T) es el tiempo que tarda el oscilador (la fuente que vibra) en producir una onda completa.
Es por ello, que el período y la frecuencia son, por lo tanto, magnitudes inversas y se encuentran relacionadas de la siguiente manera:
La longitud de onda (λ), es la distancia recorrida por la perturbación en un período T. O también se puede definir como la distancia de cualquier punto de la onda al siguiente punto de la onda al siguiente punto que exactamente le corresponde.
Si vemos la imagen A podemos observar que todas las distancias marcadas por un λ tienen la misma longitud de onda. La distancia AB no es una longitud de onda, ya que A y B no son puntos correspondientes. Una partícula en A se mueve hacia arriba y una partícula en B hacia abajo.
En la imagen B tenemos una onda longitudinal donde A y B son los centros de dos zonas adyacentes de comprensión y, por lo tanto la distancia entre ellos será una longitud de onda. Análogamente C y D identifican los centros de dos regiones de dilatación y por r consiguiente, la distancia de C a D es también una longitud de onda (λ). Se observa que la distancia AB es igual a la distancia CD.
La amplitud (A) de una onda es la máxima distancia que desplaza la partícula en el medio.
En las imágenes anteriores, específicamente la C se muestra una onda transversal en la cual el segmento XX´ representa la posición de equilibrio de cada partícula.
Por otra parte, las flechas A y –A señalan la amplitud (desplazamiento máximo) en el movimiento ondulatorio. Las otras flechas indican los desplazamientos de las otras en la onda. La onda se propaga hacia la derecha y podemos ver que las crestas están marcadas con la letra C y el valle con T. Por otra parte, en la figura D se puede ver una onda longitudinal, donde cada flecha indica cuanto se ha separado la partícula de su posición de equilibrio. Observemos una comprensión cuyo centro está en la partícula 7 y una dilatación cuyo centro está en la partícula 13.
La velocidad de propagación es la velocidad con la que se propaga la onda y su módulo está dado por la siguiente expresión:
Ya que f = 1/T es obvio que si la onda es periódica λ y f son constantes; luego, la onda se propaga con una velocidad v, constante.
Es importante acotar que la velocidad de las ondas depende de las características del medio donde se propaga. Para ello consideremos una cuerda constituida por una parte delgada y una gruesa. Tenemos entonces dos medios distintos. El 1 y el 2 de la imagen que se presenta a continuación.
Al producir oscilaciones en el extremo de la cuerda, se propaga una onda a lo largo de ella, y al llegar a la cuerda más gruesa, empieza a propagarse también en ésta; es decir, la onda se transmite de la cuerda delgada a la gruesa.
Es fácil observar que si la cuerda estuviera vibrando, por ejemplo, con una frecuencia de 10 Hz, tendríamos 10 pulsos por segundo. Al llegar al punto de unión de ambas cuerdas, la onda se propagará también a la misma frecuencia, pero como podemos observar en la imagen b la longitud de onda en la parte más gruesa es menor que en la parte más delgada (λ2 < λ1), quiere decir que a pesar de que la frecuencia no varía, la velocidad cambia; en nuestro caso particular V1 > V2 ya que la rapidez depende de la longitud de onda.
Debemos tener claro que la elasticidad y la elasticidad y la inercia de las zonas delgadas y gruesas son diferentes. Por lo tanto, se cumple que la velocidad de propagación de las ondas depende de la naturaleza del medio.
En general, podemos afirmar en una onda periódica en un medio determinado, como λ y f son constantes, entonces la velocidad de propagación en dicho medio es constante.
Referencias
Sánchez, E. (2005). Física. Caracas: Ediciones CO-BO.
Zemansky, S. (2009). Física Universitaria Volumen II. México: Pearson Educación.
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https://x.com/ILovePhysica/status/1712280913101406377?s=20
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