Movimiento Ondulatorio

El movimiento ondulatorio es un proceso por el que se propaga energía de un lugar a otro sin transporte de materia, mediante ondas mecánicas. En cualquier punto de la trayectoria de propagación se produce un desplazamiento periódico u oscilación, alrededor de una posición de equilibrio. Puede ser una oscilación de partículas de aire, como en el caso del sonido que viaja por la atmósfera, de moléculas de agua (como en las olas que se forman en la superficie del mar) o de porciones de una cuerda o un resorte. En todos estos casos, las partículas oscilan en torno a su posición de equilibrio y sólo la energía avanza de forma continua.

Estas ondas se denominan mecánicas porque la energía se transmite a través de un medio material, sin ningún movimiento global del propio medio. Las únicas ondas que no requieren un medio material para su propagación son las ondas electromagnéticas; en ese caso las oscilaciones corresponden a variaciones en la intensidad de los campos magnéticos y eléctricos.

Las ondas son una perturbación periódica del medio en que se mueven. En las ondas longitudinales, el medio se desplaza en la dirección de propagación. Por ejemplo, si golpeamos contra una copa de cristal el aire se comprime y expande en la misma dirección en que avanza el sonido (Figura1).

En las ondas transversales, el medio se desplaza en ángulo recto a la dirección de propagación. Por ejemplo, las ondas de una cuerda (figura 2) avanzan horizontalmente, pero la cuerda se desplaza verticalmente.

Onda longitudinal:

Las ondas se clasifican según la dirección de los desplazamientos de las partículas en relación a la dirección del movimiento de la propia onda. Si la vibración es paralela a la dirección de propagación de la onda, la onda se denomina longitudinal (Figura1).Las ondas sonoras son un ejemplo típico de esta forma de movimiento ondulatorio.

Onda transversal:

Otro tipo de onda es la onda transversal, en la que las vibraciones son perpendiculares a la dirección de propagación de la onda. Las ondas transversales pueden ser mecánicas, como las ondas que se propagan a lo largo de una cuerda tensa cuando se produce una perturbación en uno de sus extremos (ver figura 2), o electromagnéticas, como la luz, los rayos X o las ondas de radio. En esos casos, las direcciones de los campos eléctrico y magnético son perpendiculares a la dirección de propagación. 

Algunos movimientos ondulatorios mecánicos, como las olas superficiales de los líquidos, son combinaciones de movimientos longitudinales y transversales, con lo que las partículas de líquido se mueven de forma circular.

Longitud de onda λ:

En una onda longitudinal, es la distancia entre dos compresiones o dos enrarecimientos sucesivos de la onda. En una onda transversal, la longitud de onda es la distancia entre dos crestas o valles sucesivos.

Período T: 

Es el tiempo que tarda una partícula en realizar una oscilación completa (una cresta completa y un valle completo consecutivos).

Frecuencia F:

La frecuencia es el número de vibraciones que se producen en cada segundo de tiempo transcurrido. La unidad de medida sería vibraciones/segundos, pero de acuerdo a la definición de Herzio se la expresa como Hz. También tiene una fórmula que es:

F = 1 / T

Velocidad de propagación V:

La velocidad de propagación de la onda depende de la longitud de onda y del medio de propagación, es igual a su longitud de onda multiplicada por su frecuencia.

V = λ . F

Si reemplazamos la fórmula de la frecuencia nos queda:

V = λ .1 / T

V = λ / T

Amplitud de onda A:

Es el valor máximo o elongación máxima del desplazamiento de las partículas que vibran.

Interferencia:

Cuando dos ondas se encuentran en un punto, el desplazamiento resultante en ese punto es la suma de los desplazamientos individuales producidos por cada una de las ondas. Si los desplazamientos van en el mismo sentido, ambas ondas se refuerzan; si van en sentido opuesto, se debilitan mutuamente, este fenómeno se conoce como interferencia.

Ondas estacionarias:

Cuando dos ondas de igual amplitud, longitud de onda y velocidad avanzan en sentido opuesto a través de un medio se forman ondas estacionarias.

Reflexión de ondas:

Si se ata a una pared el extremo de una cuerda y se agita el otro extremo hacia arriba y hacia abajo, las ondas se reflejan en la pared y vuelven en sentido inverso. Si suponemos que la reflexión es perfectamente eficiente, la onda reflejada estará media longitud de onda retrasada con respecto a la onda inicial. Se producirá interferencia entre ambas ondas y el desplazamiento resultante en cualquier punto y momento será la suma de los desplazamientos correspondientes a la onda incidente y la onda reflejada.

En los puntos en los que una cresta de la onda incidente coincide con un valle de la reflejada, no existe movimiento; estos puntos se denominan nodos. A mitad de camino entre dos nodos, las dos ondas están en fase, es decir, las crestas coinciden con crestas y los valles con valles; en esos puntos, la amplitud de la onda resultante es dos veces mayor que la de la onda incidente; por lo tanto, la cuerda queda dividida por los nodos en secciones de una longitud de onda. Entre los nodos (que no avanzan a través de la cuerda), la cuerda vibra transversalmente.

Las ondas estacionarias aparecen también en las cuerdas de los instrumentos musicales. Por ejemplo, una cuerda de violín vibra como un todo (con nodos en los extremos) y por mitades (con un nodo adicional en el centro). Todas estas vibraciones se producen de forma simultánea; la vibración de la cuerda como un todo produce el tono fundamental y las restantes vibraciones generan los diferentes armónicos.

Reflexión de pulsos ondulatorios:

Sacudiendo una cuerda rápidamente se genera un pulso ondulatorio que avanza por la cuerda hacia la izquierda (A). Si el extremo de la cuerda puede moverse libremente, el pulso vuelve por la cuerda por el mismo lado (C1). Si la cuerda está atada a la pared, el pulso vuelve por la cuerda por el lado opuesto (C2). Si el extremo está libre, el pulso tendrá el doble de la amplitud original en el punto de reflexión (B1); si el extremo está fijo, la amplitud del pulso en dicho punto será nula (B2).