¿Qué es una onda?
Definición: una onda es una “perturbación” temporal que se produce en un punto del espacio y se transmite a los puntos vecinos, que a su vez transmiten la perturbación a sus vecinos y así sucesivamente.
Esta definición nos lleva a aclarar el significado del término “perturbación”.
Se refiere a una cantidad física cuyo valor se desvía (aumenta o disminuye) del que tenía inicialmente en un estado de equilibrio.
Algunos ejemplos de perturbaciones:
- Compresión de un muelle (perturbación de la longitud)
- Estirar una banda elástica (perturbación de la longitud)
- Encender un radiador en una habitación de temperatura estable (perturbación de la temperatura)
Esta definición también especifica que la perturbación en cuestión es “temporal”, de hecho una vez que se transmite a los puntos vecinos, las magnitudes físicas “perturbadas” vuelven a su valor inicial y lo mantienen a menos que se produzca una nueva perturbación.
Propagación y desplazamiento
Una onda no transmite materia sino una perturbación, la materia puede eventualmente empezar a moverse y desviarse temporalmente de su posición de equilibrio pero luego vuelve a su posición inicial.
Como una onda no es una transferencia de materia, no decimos que “se mueve” sino que se “propaga”.
Propagación y energía
La onda no transmite materia sino energía, cuyo valor depende de la naturaleza de la perturbación y de su intensidad.
Debido a la conservación de la energía, cuanto más se extienda la onda por un espacio amplio, menos se “concentrará” espacialmente la energía. Por consiguiente, la energía transmitida en un punto del espacio es, en general, más débil cuanto más alejado esté este punto de la fuente de la perturbación.
Por ejemplo:
- Un sonido parece ser cada vez más silencioso cuanto más se aleja de la fuente del sonido.
- La luz de una lámpara se percibe cada vez con menos intensidad cuanto más lejos se encuentre de ella.
Además de esto, puede haber fenómenos de amortiguación, es decir, parte de la energía transmitida se convierte (en energía térmica) y deja de participar en la propagación.
Velocidad
Definición: La velocidad es la velocidad a la que se propaga una onda en un medio determinado
Esta cantidad se anota “c” (minúscula), se expresa en las mismas unidades que la velocidad (en metros por segundo, kilómetros por hora, etc.)
Si una onda se propaga sobre una distancia “d” en un periodo de tiempo Δt, entonces su velocidad es la relación entre esta distancia y este periodo de tiempo, de ahí la siguiente relación:
c = d ÷ Δt
Si la distancia está en metros y la duración en segundos, la velocidad está en metros por segundo
Si la distancia está en km y la duración en horas, la velocidad es de kilómetros por hora, etc.
Ejemplo:
si una onda se propaga a una distancia de 10 metros en dos segundos, entonces
c = d ÷ Δt
c = 10 ÷ 2
c = 5 m/s
La distancia de propagación también puede expresarse como: d = c . Δt
También podemos expresar el tiempo de propagación: Δt = d ÷ c
La velocidad de una onda depende de
- La naturaleza de la onda (la cantidad física perturbada)
- La naturaleza del medio (vacío, sólido, líquido, gas, metal, madera, etc.)
- Las características físicas del medio (temperatura, densidad, presión, etc.)
Los diferentes tipos de ondas:
Ondas mecánicas
La perturbación que se propaga consiste en la deformación de un medio material, que puede ser estirado, comprimido, bajado, elevado… Por definición, una onda de este tipo no puede propagarse en el vacío; requiere un material (sólido, líquido o gas)
Ejemplo de onda mecánica:
- onda de un látigo
- onda sísmica
Una ola en un estadio tiene algunas características de una ola, en un momento dado una “columna” de espectadores se levanta y luego vuelve a su posición inicial mientras deja que los vecinos de la siguiente columna se levanten a su vez y así sucesivamente
Ondas electromagnéticas
Las ondas electromagnéticas propagan variaciones de los campos eléctricos y magnéticos que son posibles en ciertos materiales, pero también en el vacío.
Pueden adoptar diversas formas, como la luz visible, las microondas, las ondas de radio, los infrarrojos, los ultravioletas, los rayos X o los rayos gamma.
Ondas sonoras
Se trata de una categoría particular de ondas mecánicas que corresponden a la propagación de sobrepresiones en la materia que luego se comprime y relaja temporalmente. Según su frecuencia, pueden ser sonidos audibles, ultrasonidos o infrasonidos.
Ondas periódicas
Definición: se dice que una onda es periódica si la perturbación que propaga se repite de forma idéntica a intervalos de tiempo constantes.
La periodicidad de una onda depende generalmente de la periodicidad de su fuente y si la fuente es periódica, la onda que genera tiene el mismo período.
Si, por ejemplo, se sumerge una varilla dos centímetros durante 50 segundos, se retira durante 50 segundos y se repite de la misma manera, las ondas producidas son ondas periódicas (de período 100 segundos).
Algunas ondas son sistemáticamente periódicas, en particular las ondas sonoras y las electromagnéticas.
Como cualquier fenómeno periódico, una onda de este tipo se caracteriza por su periodo, su frecuencia y su amplitud, pero también está asociada a otra magnitud: la longitud de onda, que refleja una periodicidad espacial y no sólo temporal.