Si se tiene interés en todo lo referente a ¿Qué es una Onda?, en este artículo se podrá conseguir información referente al tema, como se crean, tipos de ondas, sus características, ver la onda desde el lado matemático y mucho más.
Definición
Cuando se lanza una roca a un lago, cuando suenas la cuerda de un instrumento musical o enciendes una luz se desarrollan fenómenos físicos con naturaleza diferentes, teniendo algo en común: la difusión de alteraciones en la que no hay envió completo de materia.
La verdad es que todos estos ejemplos son “movimientos ondulatorios” o de “propagación de ondas”. En lo siguiente se hará un acercamiento a este fenómeno de ondas, donde se aclararán dudas respecto a ¿qué es una onda? Y se enseñaran las diferencias y en que se asemejan cada uno de los ejemplos.
Onda quiere decir “unda” en latín. En el área de la física, es la expansión de un movimiento de algún atributo que venga del espacio, por ejemplo: presión, densidad, campo magnético o eléctrico, donde se involucra un traslado de energía sin envió de materia (agua, aire) o también sin nada.
Características del Movimiento Ondulatorio
Ya se ha estudiado las diversas corrientes de algunos cuerpos que se trasladan en un lugar. Por ejemplo, un auto que va por un rumbo, una caja que va por un lugar plano con cierta inclinación, un planeta que este entorno a la Estructura del Sol.
En todos estos casos lo que se traslada es la masa en compañía del tiempo lineal y la energía cinética. En el movimiento ondulatorio es diferente.
El movimiento ondulatorio o movimiento de propagación de ondas, es la alteración que se genera de un sitio a otro sitio sin que se encuentre algún acarreo entero del cuerpo, lo que hay es la transmisión de energía.
Se puede explicar este concepto con un ejemplo sencillo. Cuando una roca cae a un lago, o con el dedo haces movimientos al ras del agua, se inicia una alteración. Esta alteración es lo que se conoce como una onda la cual se expande haciendo figuras de un anillo.
En las ondas periódicas resaltan los picos o sus crestas y valles, y entran en la categoría de ondas diagonales o “longitudinales”.
Las transversales o diagonales son las que reciben oscilaciones de manera perpendicular dirigiéndose hacia la onda; se puede dar por ejemplo a una cuerda y las ondas electromagnéticas.
Las ondas longitudinales son las ondas con oscilaciones similares con dirección de la difusión de estas; por ejemplo, las ondas que son emitidas por los sonidos. Este tipo de odas entran en las características de la Teoría Cuántica de Planck.
Las ondas sinusoidales son las ondas que van para arriba y para abajo, ejemplo cuando un objeto en un pozo hace un corte y se produce la onda.
Así como las ondas que se forman en un recipiente son la mezcla de ondas longitudinales y transversales; las señales que se encuentran al ras continúan el rastro orbital.
En general todas ondas tienen el mismo procedimiento en una cantidad de situaciones normales. Las ondas en conjunto pasan por los fenómenos seguidos:
- Difracción: esto sucede si una onda choca con la orilla de un objeto, ya no sigue su dirección de manera recta sino comienza a acorralarlo.
- Efecto “Doppler”: este efecto se presenta cuando el movimiento es referente entre la emisora de la onda y quien la recibe.
- Interferencia: sucede cuando se encuentran dos ondas en un mismo punto y terminan ajustándose.
- Reflexión: esta onda ocurre cuando se consigue con un medio desconocido el cual le es difícil traspasar y solo le queda cambiar su rumbo.
- Refracción: en este tipo de onda le toca cambiar su rumbo cuando se introduce en un medio que es diferente y varía su velocidad.
- Onda de Choque: sucede cuando se encuentran muchas ondas que están transitando en un mismo medio incorporándose hasta hacer una especie de cono.
Ondas en el agua
Las alteraciones que se producen en el agua es un ejemplo claro de lo que es una onda. Hay que tener claro que lo que se mueve es la alteración, no son las moléculas del agua. Las moléculas del agua estarán agitándose alrededor de donde se encuentra su equilibrio sin realizar un movimiento de si mismas.
El ejemplo con el pedazo de corcho, que fue comentado al inicio, se encontraba en total reposo, queda demostrado como es el paso de energía sin que sea necesario el desplazamiento del agente que motiva la alteración, en este caso la piedra, que se va hasta el fondo del lago, o el dedo, que seguirá conectado a la mano.
Con estos hechos que puede resumir algunas características que poseen las ondas:
Es importante que exista un punto que emita o de comienzo a la alteración. La energía de este punto es emitida al centro de transmisión en sus cercanías.
En el caso, de la roca que cae al agua, o del dedo que agita el agua, llevan su potencia a las moléculas del líquido que están cercanas.
Tiene que haber un medio de difusión, que mientras es cruzado por la alteración, presente un cambio por un momento el cual es variable de manera momentánea y puede volver a su estado inicial en algunos de sus atributos físicos.
Este medio, actúa como columna o punto de emisión del desplazamiento del movimiento de las ondas aunque no cambia de posición.
Siguiendo con el ejemplo de la roca que es lanzada al lago, en el momento que la onda se encuentra con las gotas de agua, las cuales se hallan quietas, ellas comenzaran a realizar unas vibraciones, cambiando su posición en todos lados donde está su equilibrio.
Después de un rato todo vuelve a la tranquilidad, del mismo modo como cambia de estado el corcho.
Cada lugar del medio comunica esta alteración a todo los lugares cercanos. Es así que se realiza el fenómeno de ondulación, que es la manera asociada como se propaga la energía que es transmitida entre el centro y los lugares alcanzados.
Mientras la alteración se extiende la onda se suaviza. Cuando se atenúa es debido a la dosificación de la energía que se está generando mientras la alteración va tomando el espacio y va creciendo, debe incluirse también otras circunstancias como es el nivel de elasticidad del medio o la probabilidad de un roce entre las partículas.
En este momento el corcho empezara a subir su vibración si se encuentra cercano a la zona donde es lanzada la roca.
Mientras la roca cae, empieza a formarse las ondulaciones y la onda llegue lo mas lejos que pueda, existe una demora.
Con esto se hace visible la velocidad finita de expansión de las ondas. En el ejemplo anterior, el corcho que está ubicado a una distancia considerable de donde cae la roca, su estado es perturbado en el instante posterior a que cae la roca y se forma la onda.
La onda no se puede considerar como un entre tangible pero si una entidad física real por el hecho de trasladar energía y crea una relación con lo tangible.
Hay que entender que la onda no es la roca, tampoco las moléculas de agua que se encuentran en el lago, ni menos el corcho. Es todo lo contrario, es la energía que se va expandiendo de esa forma que lo va haciendo y perturbando las características del medio.
Ondas y Movimiento Armónico Simple
El “Movimiento Armónico Simple”, se enfoca en los detalles de una sola partícula. La potencia que produce las vibraciones que dependen de la proporción de donde se encuentre esa armonía. Pero no se enfoca en lo que ocasiona esta vibración a su alrededor.
No tiene nada que ver con la energía que sé propagada por la vibración. Aquí se muestra la diferencia que hay en el enfoque de lo que se estudia en las ondas y lo que se estudia en “el movimiento armónico simple”.
Por esto es importante saber diferenciar con claridad dos episodios distintos: las oscilaciones o también llamadas vibraciones de una o varias partículas determinadas “movimiento de materia” y la transferencia de una alteración “movimiento de energía” que es efecto de estas oscilaciones.
Puede ser que una onda provoque que las partículas del medio tengan un movimiento equilibrado y sencillo, cuando se analizan las ondas el punto a estudiar es la emisión de las alteraciones y no se toma en cuenta el movimiento de una partícula independiente. Esto se demuestra con el ejemplo de la roca en el lago.
Todas las partículas del lago empiezan a vibrar, de una forma cercana, de acuerdo al “m.a.s.” (movimiento armónico simple), aminorándose con el tiempo. Esto se puede entender mejor al imaginarse al corcho que de una forma repetida hace un movimiento de arriba hacia abajo.
En los análisis del fenómeno ondulatorio, lo importante es la expansión de la alteración de manera grupal, en todo el lago.
Descripción de las Ondas desde el punto de vista matemático
Para saber que es onda, el ejemplo de la roca lanzada al lago es una manera fácil de que se entienda, aunque la diferencia de la perspectiva en las partículas del medio no es la única magnitud física que puede tener variaciones en el desplazamiento de las ondas.
Hay que tomar en cuenta el fenómeno ondulatorio que hay en los sonidos naturales, que es uno de los más usuales. La figura que caracteriza a la onda cuando se realiza una presión de aire, por ejemplo.
El Sonido son las Ondas que se encuentran en el aire
Cuando se usa un megáfono el sonido que sale por él es la transmisión de la variación cíclica de la tensión ejercida del aire, que se encuentra a su alrededor, haciéndole movimiento a una tela que se encuentra en la parte interna del megáfono.
Hay muchas variables físicas que pueden influir en la diversificación dentro del medio. Como puede ser la ubicación de las partículas, la tensión que se haga en el aire o el campo magnético, esto es cuando se refiere a la luz.
Si captamos el momento en una imagen de cualquiera de estos atributos, se obtendrá un rasgo particular que enseña cómo va el proceso de la alteración en el medio.
Después de todo esta se puede llegar a:
Al pensar como un matemático se dice que una onda es una ecuación donde se pueden encontrar los elementos, que son creadas por un centro que la emite.
y=f(x,t)
El término que se usó anteriormente señala que la onda es una función «f» que le dan un monto en particular a una variable y va incluida la coordenada y la ubicación de las partículas, junto a la tensión del aire; que después de su ubicación espacial «x» y del instante «t» según donde se encuentre.
Si se desea visualizar una onda en una sola imagen, eso no es posible, porque no se puede apreciar el proceso temporal y espacial al mismo tiempo. El termino onda se utiliza en el perfil instantáneo de la alteración central.
Ecuación de Onda
No todas las funciones f (x,t) son ondas, estas deben aplicar los términos de la ecuación de onda. Esto ya es parte de otro tema, aunque se puede ver el enunciado cuando se trata de una onda de velocidad «v» si se necesitara.
Cuando existen variaciones espaciales y temporales de la onda se pueden formular como una función sinusoidal, que tiene función seno y conseno; con esto se reduce de una manera gigante en lo que se refiere al tema matemático.
Distintas Maneras de Producir Ondas
Podemos Generar Ondas de dos Maneras:
- Por medio de un pulso o pulso de ondas: se trata de una alteración particular que puede pasar cuando, se agarra la punta de un cordón que se encuentre prensado o tenso y se le da un estirón.
- Mediante un tren de ondas: sucede cuando hay una cadena de pulsos que crean una onda que viaja. El ejemplo perfecto es el momento cuando se le da muchos estirones a una cuerda prensada, la cual es sujetada en un extremo. Cuando se trata de ondas y de referencias se trata se está hablando de una cadena o tren de ondas.
Tipos de Ondas
Hay muchas clasificaciones para las ondas, depende del tipo de razonamiento que se utilice. En lo que sigue están las más frecuentes:
Tipo de energía propagada
Entre estas se encuentran las ondas mecánicas y electromagnéticas.
- Ondas Mecánicas: en este tipo de ondas se genera energía mecánica. Tienen como nombre también ondas materiales, porque es necesario un medio de tipo elástico de transmisión. Como ejemplo está el sonido o la onda que es emitida por el lago en el ejemplo de la roca.
- Ondas electromagnéticas: con este tipo de ondas se genera energía electromagnética causada por las oscilaciones de los campos eléctricos y magnéticos. No necesita de ningún tipo de medio para generarse. El mejor ejemplo para este tipo de ondas es la luz, la mejor manera de difusión es el vacío, el cual se demuestra con uno de los teoremas y las Aportaciones de Blaise Pascal.
- Dirección de Propagación: Son las ondas donde hay coincidencias en la trayectoria de la vibración con respecto a la trayectoria en la que se genera. Se entiende como una cadena de contradicciones y dilataciones. Son llamadas también ondas de presión. El sonido o un muelle pueden servir como ejemplo.
- Ondas Transversales: Son las ondas donde el trayecto de propagación y de vibración están de manera perpendicular entre ellas. Para entenderlas es como una seguidilla de picos que son los máximos y los valles que serían los mínimos. Por ejemplo, la onda que es generada en el lago, la que genera un cordón. Estas son ondas transversales.
- Ondas Longitudinales y Transversales: un resorte puede servir como ejemplo en las ondas longitudinales y en las ondas transversales, la flecha indica el sentido en la cual se genera la alteración. Se puede observar como la flecha tiene el mismo sentido que la trayectoria de la vibración de las partículas del resorte, esto sucede en el proceso de las ondas longitudinales. En el proceso de las ondas transversales, la trayectoria es perpendicular, como indica la flecha.
Número de Dimensiones de Propagación
Ondas Unidimensionales: En esta onda la energía se dispersa primeramente en un espacio, se puede dar, por ejemplo, la onda que es generada en un cordón.
Ondas Bidimensionales: En este caso la energía se genera primordialmente en dos espacios, como las ondas que se generan al ras del agua en un lago.
Ondas tridimensionales: En este tipo de ondas la energía se difunde primeramente en tres dimensiones, por ejemplo, la onda que se genera en la luz y en el sonido.
Viajera: la energía que es asignada por el eje que la emite al medio, progresa en un solo sentido. Son comunes en medios que son independientes y accesibles en donde la difusión está libre de algún bloqueo que sea reflejado en la onda en dirección al foco emisor. La muestra es la onda que se origina cuando se sujeta con una mano un cordón y el otro lado se encuentra libre.
Estacionaria: sucede cuando la energía permanece retenida en una región del espacio. Son frecuentes en medios que son cerrados o con limitaciones, esto hace que la onda se manifieste en dirección al foco que la emite.
Estas se generan cuando se producen ondas en un cordón en la que uno de sus puntas se encuentra atada a una mano y el otro extremo se encuentra fijo. Esta el caso también en la que las dos puntas se encuentran fijas, como sucede en las cuerdas de un instrumento de música.
Armónica: Está onda se observa cuando se puede dar a conocer las variantes espaciales y temporales por medio de funciones de senos y cosenos. Cada una de las partes del medio de defunción es ejecutado por un m.a.s.
Elementos de una onda
Cresta: Es el sitio en donde tiene el mayor alargamiento o la mayor extensión de la onda; es el lugar que la onda se encuentra con más separación de su estado en reposo.
Periodo: Es el lapso de tiempo que tiene la onda en realizar un vaivén total.
Amplitud: Es el trayecto de manera vertical que hay entre la cresta y el sitio medio de la onda. Hay que destacar que existen ondas las cuales tienen una anchura variable, esto quiere decir, puede que sea un aumento o una disminución en el momento.
Frecuencia: Son las cantidades de veces que se reitera la vibración por un tiempo. O es una sencilla reincidencia de los valores por un lapso de tiempo estipulado.
Fase: La fase señala el comportamiento del instante en el que se cumple el ciclo, con un tamaño que es variable periódicamente, estando parte del tiempo que ha pasado desde el momento que se ha señalado como inicio de la referencia.
Valle: Es el sitio más bajo en el que puede llegar la onda.
Longitud de onda: Es el trayecto que mide el mismo punto de un par de ondulaciones una tras la otra. O lo que mide el trayecto de dos crestas seguidas.
Nodos: Es el sitio donde la onda atraviesa el borde de estabilidad.
Elongación: Es la medida que se presenta, de manera perpendicular, en medio del punto de la onda y el estado de equilibrio.
Ciclo: Es una simple oscilación, o puede decirse que es la trayectoria desde el nodo que comienza el recorrido de la cresta hasta el nodo que culmina el recorrido del valle, también, al contrario.
Velocidad de propagación: Es la rapidez como se expande el movimiento ondulatorio. Teniendo como valor el cociente de la longitud de la onda y de su periodo.