La propagación de un movimiento oscilatorio da lugar a un movimiento ondulatorio. El movimiento ondulatorio es el fenómeno de propagación de una perturbación producida en un punto del espacio. Se forman circunferencias concéntricas llamadas ondas. En el movimiento ondulatorio se propaga la energía.
3.1.- CLASES DE ONDAS: Las ondas pueden clasificarse utilizando diversos criterios. Según la naturaleza del medio en que se propagan, las ondas pueden ser mecánicas o electromagnéticas.
Las ondas mecánicas precisan de un medio material para propagarse. Las ondas electromagnéticas no necesitan un medio material, sino que se propagan en el vacío. Si consideramos como criterio el movimiento oscilatorio de las partículas del medio y la dirección en que se produce la perturbación, las ondas pueden ser transversales y longitudinales.
Las ondas transversales son aquellas en las que las partículas vibran perpendicularmente a la dirección de propagación, como por ejemplo al sacudir una cuerda o una piedra en un estanque. las ondas longitudinales,sus partículas vibran en la misma dirección de la propagación del movimiento, por ejemplo, un muelle.
3.2.- PARÁMETROS DEL MOVIMIENTO ONDULATORIO
– Longitud de onda (λ): Es la distancia que existe entre dos pulsos sucesivos, es decir, es la distancia mínima que separa dos puntos que poseen las mismas condiciones de movimiento y con lo cual esos dos puntos consecutivos tienen igual fase.
– Velocidad de propagación (c): Es la velocidad de transmisión del movimiento oscilatorio de unos puntos a otros. La velocidad de propagación depende de las propiedades del medio, siendo constante su valor para un medio material elástico dado.
Como la velocidad de propagación de la onda esta determinada por las propiedades del medio, la longitud de onda queda determinada por la frecuencia de la fuente o foco de ondas; es decir, cuanto mayor sea la frecuencia, menor será la longitud de onda.
c = λ / T = λ f
3.3.- ENERGÍA E INTENSIDAD DEL MOVIMIENTO ONDULATORIO: La propagación de una onda supone propagación de energía en la misma dirección. Esta energía es directamente proporcional al cuadrado de la amplitud y al cuadrado de la frecuencia de la onda. Las ondas de frecuencia muy elevadas son portadoras de mucha energía.
La Intensidad de onda es la energía transmitida por ésta en la unidad de tiempo y por unidad de superficie colocada perpendicularmente a la dirección de propagación. Se mide en W/m2.
I = (dE / dt) / ds = dw / ds
(E = energía, w = potencia, s = superficie y t = tiempo)
Variación de la intensidad con la distancia: Se conoce mediante la expresión de ley del inverso del cuadrado la cual demuestra que la intensidad de la onda disminuye de forma proporcional al cuadrado de la distancia al foco emisor.
Esta disminución de la intensidad al aumentar la distancia se debe a que la energía total emitida se distribuye sobre un área cada vez mayor. La amplitud del movimiento ondulatorio es inversamente proporcional a la distancia al centro emisor.
Absorción: Es la disminución de la intensidad de una onda a medida que se propaga debido a fuerzas de rozamiento, etc.
3.4.- PROPIEDADES DE LAS ONDAS
– Difracción: Es el fenómeno que se produce cuando un sistema de ondas que atraviesa un obstáculo por un orificio pequeño se propaga en todas direcciones detrás del mismo. Sin embargo, si el orificio es mucho mayor que la longitud de onda, las ondas incidentes no cambian mucho, aunque los frentes de onda siempre se doblan ligeramente al pasar por el orificio.
– Reflexión: Es el fenómeno que se produce cuando un sistema de ondas que se propaga en un medio homogéneo encuentra un obstáculo que lo hace retroceder cambiando de dirección y sentido. El rayo incidente y el reflejado forman el mismo ángulo con la normal a la superficie reflectora. En la reflexión no varía la frecuencia ni la velocidad de propagación de la onda ya que ésta se mueve por el mismo medio.
– Refracción: Es el cambio de dirección que experimentan las ondas cuando pasan de un medio a otro por variar su velocidad de propagación de mayor a menor velocidad de propagación. En el fenómeno de refracción, parte de la energía de la onda se transmite desde un medio al otro para continuar así la propagación. La frecuencia de la onda no varía, pero la velocidad de propagación y la longitud de onda son distintas porque se trata de un nuevo medio. Se cumple la Ley de Snell:
sen i / sen r = c 1 / c 2 = n
i = ángulo de incidencia y r = ángulo de refracción
c1 y c2 = velocidades de propagación de la onda en los medios 1 y 2
n = índice de refracción del 2º medio respecto al primero
3.5.- EFECTO DOPPLER: Consiste en una variación de la frecuencia que se observa en todo movimiento ondulatorio cuando el foco emisor, el observador o ambos se desplazan uno respecto al otro. En realidad se trata de una variación aparente de la frecuencia ya que, en realidad, ésta no varía.
– Si la fuente está fija y el observador se mueve con una velocidad vo, la frecuencia observada será:
f1 = f ((c +–vo) / c)
f1 = fr recibida, f = fr emitida por el foco, c = velocidad de propagación del movimiento (+ si observador se acerca al foco)
– Cuando la fuente se mueve con una velocidad vf y el observador permanece fijo la frecuencia observada será:
f1 = f (c / (c+–vf))
– Cuando el foco y el observador se mueven, la frecuencia percibida será:
f1 = f ((c +–vo) / (c +–vf))
