Ondas
Hola, si no sabes cómo funciona esto pues te explico, casi siempre que hablo de temas largos, por ejemplo materia del colegio, divido la información en varias partes, y esta no es la excepción. En las siguientes paginas vamos a hablar de las ondas, que son, como se propagan, que tipos hay, etc. Después de ver esto vamos a hablar de los 2 grandes grupos de ondas, las de sonido y las electromagnéticas. También quiero ver algunos detalles de óptica y quiero terminar con uno de mis enigmas favoritos de la física, la dualidad onda partícula. Finalmente, también voy a subir una publicación al blog sobre ondas gravitacionales y como detectarlas, así que tendrás que estar atento a lo que se viene.
Las ondas son una manera de propagación de energía, pero no materia, y que se producen por la oscilación o vibración de algún objeto o medio. Por ejemplo, el sonido se produce por la vibración de las partículas del aire y puede generarse por la vibración de una cuerda o de una membrana que impulsa a las partículas. Además, el sonido puede llevar diferentes cantidades de energía, pero no lleva masa, por lo que cumple la definición de onda.
Las ondas se pueden representar con el dibujo anterior y se componen de 2 etapas, una “arriba” y una “abajo”. En las ondas, estos se llaman cresta y valle y si sumamos los 2 tenemos una oscilación. En el dibujo también podemos ver una recta, la llamada línea de equilibrio.
Dentro de una oscilación podemos encontrar varias características, que las podemos representar en magnitudes temporales y espaciales. Las magnitudes temporales son las que tienen que ver con el tiempo y estas son el periodo (T: cuanto tiempo tarda una oscilación) y la frecuencia (f: número de oscilaciones por unidad de tiempo, normalmente usamos el segundo). Por el otro lado, las magnitudes espaciales miden la distancia y hacen referencia a la longitud de onda (lambda ( ): longitud de una oscilación). Esto se mide según la línea de equilibrio y cuenta desde que inicia un monte hasta que termine el valle. Aparte de estos conceptos, también podemos ver la amplitud, que es una especie de dimensión espacial y que mide la altura de un monte o de un valle. Esta magnitud representa la energía en la mayoría de las ondas.
Cuando hablamos de la propagación de las ondas tenemos que tener varias cosas en cuenta; primero que no todas las ondas se propagan de la misma forma, por el mismo medio o por el mismo número de dimensiones. Las ondas se pueden separar en estacionarias y viajeras. Las estacionarias solo presentan avance en el tiempo pero no en el espacio, lo que quiere decir que están atrapadas en un medio como una cuerda y pueden presentar puntos sin vibración (nodos) y puntos que vibran y almacenan la energía (antinodos). Por otro lado, las ondas viajeras presentan un avance en las dimensiones espaciales y temporales, por lo que también tienen una velocidad determinada que es producto de la frecuencia multiplicada por la longitud de onda.
Las ondas pueden propagarse por varios medios, por ejemplo están las ondas mecánicas que tienen que propagarse por un medio material como el aire. Mientras más denso el medio, más rápido va a ir la onda mecánica. Las ondas que no son mecánicas pueden propagarse por el vacío y pueden ser electromagnéticas como la luz o gravitacionales. Mientras más denso es el medio, más lento va a ir la onda no mecánica.
Todas las ondas tienen que propagarse por un medio, ya sea por el vacío o por un medio mecánico. Dentro de estos medios podemos encontrar medios de una, dos o tres dimensiones. Las ondas que viajan por una dimensión se llaman unidimensionales y pueden ser, por ejemplo, las cuerdas vibrando. Las ondas bidimensionales viajan por medios de dos dimensiones y forman círculos. Un ejemplo de medio bidimensional es la membrana de un parlante o el agua cuando algo la impacta. Si la onda viaja por 3 dimensiones forma una esfera, por ejemplo la que se crea al tener una fogata de noche. Las ondas de luz y de sonido son tridimensionales.
Según como sean las vibraciones, podemos encontrar ondas transversales y longitudinales. Las transversales presentan un avance en 2 direcciones. La onda se propaga en una dirección y las oscilaciones ocurren perpendiculares a esta. La imagen representa este tipo de onda. El segundo tipo de onda es longitudinal, en donde el avance de la onda es paralelo a la dirección de oscilación de las partículas. En estas ondas hay compresión y expansión. La segunda imagen representa este tipo de onda.
¿Cómo resolver problemas con ondas?
Es probable que si estás leyendo esto tengas dificultades con las matemáticas y con la resolución de problemas, pero tranquilo, voy a tratar de explicarte esto de la forma más sencilla posible. En un nivel escolar lo más probable es que solo te den ciertas magnitudes y tengas que calcular las que faltan, y en eso hay 3 formulas, de las cuales solo 2 son realmente diferentes.
λ: Esta figurita se llama Lambda y mide la longitud de onda. Se mide en cm o metros.
f: la f minúscula representa la frecuencia, que es el número de oscilaciones de la onda por segundo. Se mide en Hertz (Hz).
T: esta linda letra es el periodo, que se define como el tiempo en terminar una oscilación. Se mide en segundos.
Vp: es la velocidad de propagación de la onda, en otras palabras cuanto se propaga o recorre en cierto tiempo. Se mide en m/s.
λ*f=Vp ; Esto nos dice que la velocidad es el producto de la longitud de onda y de la frecuencia. Yo diría que es la ecuación más importante que te pueden llegar a preguntar en el colegio. Existe una ecuación equivalente que es así; λ/T= Vp
1/T=f ; Esto nos dice que la frecuencia es el impuesto multiplicativo del periodo de la onda. Según esto la frecuencia es una oscilación entre el tiempo en dar una oscilación. Esto te lo pueden presentar como número total de oscilaciones entre el tiempo total, pero simplificaras y te dará esta ecuación.
Consejos: Es importante que sepas reconocer muy bien los elementos de la onda, ya que siempre sale algún ejercicio donde te piden que saques los datos de un dibujo. Otra cosa es que preguntes a tu profesor o examinador si no entiendes una pregunta. El último consejo es de los más importantes, la ecuación va para los 2 lados, puedes representar las cosas de 2 formas diferentes. Además puedes jugar con las magnitudes, las pasas multiplicando o dividiendo para que queden todos tus datos juntos y te sea más fácil trabajar. Siempre busca la forma más simple de trabajar y donde no puedas cometer errores.