ONDAS

DEFINICIÓN
Conviniendo en una definición sola, todo-que abarca para el término onda es no trivial. A vibración puede ser definido como a hacia adelante y hacia atrás indique alrededor de un punto m alrededor de un valor de referencia. Sin embargo, definiendo las características necesarias y suficientes que califican a fenómeno ser llamado una onda es, por lo menos, flexible. El término se entiende a menudo intuitivo como el transporte de disturbios en espacio, no se asocia al movimiento del medio que ocupa este espacio en su totalidad. En una onda, energía de a vibración se está moviendo lejos de la fuente bajo la forma de disturbio dentro del medio circundante (Pasillo, el an o 80: 8). Sin embargo, esta noción es problemática para a onda derecha (por ejemplo, una onda en una secuencia), donde energía se está moviendo en ambas direcciones igualmente, o para electromágnetico/la luz agita en a vacío, donde el concepto del medio no se aplica.

Por tales razones, la teoría de la onda representa un rama peculiar de física eso se refiere a las características de los procesos de la onda independientemente de su origen físico (Ostrovsky y Potapov, 1999). La particularidad miente en el hecho de que esta independencia del origen físico es acompañada por una confianza pesada en origen al describir cualquier caso específico de un proceso de la onda. Por ejemplo, acústica es distinguido de la óptica en ésa las ondas acústicas se relacionan con una transferencia/una transformación onduladas mecánicas más bien que electromágneticas de vibratorio energía. Conceptos por ejemplo masa, ímpetu, inercia, o elasticidad, llegado a ser por lo tanto crucial en describir (en comparación con óptico) procesos acústicos de la onda. Esta diferencia en origen introduce ciertas características de la onda particulares a las características del medio implicado (por ejemplo, en el caso del aire: vórtices, presión de la radiación, ondas expansivas, etc., en el caso de los sólidos: Ondas de Rayleigh, dispersión, etc., y así sucesivamente).

Características

Las ondas periódicas se caracterizan cerca crestas (colmos) y canales (puntos bajos), y puede ser categorizado generalmente como longitudinal o transversal. Ondas transversales son ésos con las vibraciones perpen

diculares a la dirección de la propagación de la onda; los ejemplos incluyen ondas en una secuencia y ondas electromagnéticas. Ondas longitudinales son ésos con las vibraciones paralelas

a la dirección de la propagación de la onda; los ejemplos incluyen la mayoría de las ondas acústicas.

Cuando un objeto se menea haci

a arriba y hacia abaj

o en

una ondulación en una charca, experimenta una trayectoria orbital porque la ondulación no es ondas sinusoidales transversales simples.

Ondulación en la superficie de una charca está realmente una combinación de ondas transversales y longitudinales; por lo tanto, los puntos en la superficie siguen las trayectorias orbitales.

Todas las ondas tienen comportamiento común bajo un n

úmero de situaciones estándares. Tod

as las ondas pueden experimentar el siguie

nte:

• Reflexión - cambio de dirección d e la onda de golpear una superficie reflexiva
• Refracción - cambio de dirección de la onda d e incorporar un nuevo medio

• Difracción - flexión de ondas como obran recíprocamente con obstáculos en su trayectoria, más pronunciada pa ra longitudes de onda en la orden del tamaño de difracción del objeto

• Interferencia - superposición de dos ondas que entren en el contacto con uno a (choque)
• Dispersión - onda que se divide por fre cuencia
• Propagación rectilínea - el movimiento de la luz agita en una línea recta
• inferencia constructiva -Cuando en un punto concurren dos ondas que tienen la misma frecuencia y están en fase la suma de las dos ondas da lugar a una onda de mayor amplitud.

• Interferencia destructiva - Si en un punto concurren dos ondas que tienen la misma frecuencia y un desfase de p radianes (fase opuesta) el resultado es que ese punto vibrará con una amplitud menor, al menos, que la de una de las ondas incidentes y si las dos ond as fueran iguales el resultado sería que se anulan. En el caso de la luz puede da r lugar a que la concurrencia de dos rayos de luz produ zca oscuridad.

• Ondas viajeras: son aquellas ondas que

se desplazan li

bremente por el medio. Por ejemplo, si su

ponemos que una soga es tan larga como nosotros queramos, la onda que generamos en esta, se prop

agara indefinidamente por la soga. Las ondas viajeras se dividen en transversales y longitudinales.

• Ondas transversales: son aquellas e

n la

s que la d

irección de la perturbación es ortogonal

(

a 90º) a la dirección de propagación.

• Ondas longitudinales: son aquellas

en donde la dirección en la que viaja la perturbación es paralela a la dirección d

e propagación. Las ondas de sonid

o son de este tipo (figura 3). Pero para fijar idea, pensemos en un resorte en donde uno de sus extremos se mueve de manera de comprimir o estirar el resorte en forma horizontalmente pensemos que pasa cuando se comprime el resorte. En es

e momento las espiras que estén e

n el extremo serán empujadas , de manera que aumentan su densidad mas allá de lo normal. Luego se comienza a retroceder , en este momento la densidad del espiras comienza a disminuir.Esta diferencia de densidad de espiras que se genera en el resorte es la perturbación que se propaga por el resorte, pero se puede ver que la d

irección de propagación es la

misma que en la que se produse la pe

r

turbación.

Elemento

s de una

Onda

• Cresta: La cresta es el punto má s alto de dicha amplitud o punto máximo de saturació n de la onda

• Período: El periodo es el tiempo que tarda la onda de ir de un punto de máxima amplitud al sig uiente.
  
  
• Amplitud: La amplitud es la distanc ia vertical entre una cresta y el punto medio de la onda. Nótese que pueden existir ondas c uya amplitud sea variable, es decir, crezca o decrezca con el paso del tiempo.
• Frecuencia: Número de veces qu e es rep etida dicha vibración. En otras palabras, es una simple repetición de valores por
  un período determinado.
• Valle: Es el punto más bajo de u na onda.
• Longitud de onda: Distancia qu e hay entre dos crestas consecutivas de dicho tamaño.

Polar izació

Una onda es polarizado, si puede oscilar sol

amente en

una dirección. La polarización de un

a onda transversal describe la dirección de la oscilación, en el perpendicular del plano a la dirección del recorrido. Las ondas longitudinales tales como ondas acústicas no exhiben la polarización,

porque para estas ondas la dirección de la oscilación está a lo largo de la dirección del recorrido. Una onda

puede ser polarizada usando un filtro p

ol

arizante.

Las ondas estacionarias son aquellas ondas en las cuales, ciertos puntos de la onda llamados nodos, permanecen inmóviles. En este ti po de ondas, las posiciones donde la amplitud es máxima se conocen como antinodos, los cuales se forman en los puntos medios entre dos nodos.
Las ondas estacionarias son producto de la interferencia. Cuando dos ondas de igual amplitud, longitud de onda y velocidad avanzan en sentido opuesto a través de un medio se forman ondas estacionarias. Por ejemplo, si se ata a una pared el extremo de una cuerda y se agita el otro extremo haci a arriba y hacia abajo, las ondas se reflejan en la pared y vuelven en sentido inver so. Si supon emos que la reflexión es perfectamente eficiente, la onda reflejada estará media lon gitud de onda retrasada con respecto a la onda inicial. Se producirá interferencia entr e a mbas 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 c oinciden 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 tanto, la cuerda queda dividida por los nodos en secciones de una longitud de onda. Entre lo s nodos (que no avanzan a través de la cuerda), la cuerda vibra transversalmente.

ONDAS SONORAS

Las ondas sonoras pueden viajar a trav

és

de cualquier medio material con una velocidad que depende de las propiedades del medio. Cuando viajan, las partículas en el medio vibran para producir cambios de densidad y presión a lo largo de la dirección de movimiento de la on

da. Estos cambios originan una serie de re

giones de alta y baja presión llamadas condensaciones y rarefacciones, respectivamente.

Hay tres categorías de ondas mecánicas que abarcan diferentes intervalos de frecuencia.

Los audibles

INTENSIDAD DE ONDAS SONORAS PERIÓDICASOndas esféricasEs útil representarlas mediante una serie de arcos circulares concéntricos con la fuente, como en la figura, cada arco representa una superficie sobre la cual la fase de la onda es constante. Llamamos a dicha superficie de fase c onstante Ondas de choque

Ondas sonoras que estàn dentro del intervalo

de sensibilida

d del oído humano, de 20 Hz a 20000Hz. Se generan de diversas maneras, con instrumentos musicales, cuerdas vocales humanas y altavoces.

Ondas infrasónicas

Son las que tiene frecuencias debajo d e

l intervalo audible. Por ejemplo l as ondas p

roducidas por un terremoto.

Ondas ultrasónicas

Son aquellas cuya frecuencia está por arriba del intervalo audible por ejemplo pueden generarse al introducir vibraciones en un cristal de cuarzo con un campo eléctrico alterno aplicado. Todas pueden ser longitudinales o transversales en sólidos, aunque solo pueden ser longitudinales en fluidos.

VELOCIDAD DE ONDAS SONORAS

La velocidad de las ondas sonoras depende de la compresibilidad y la inercia del medio. Si el medio tiene un m

ódu lo volumétrico B y una densidad de e quilibrio , la velocidad de las ondas sonoras en ese medio es

La velocidad de la onda depende de una propiedad elástica

del medio y de una propiedad inercial del medio. La velocidad de todas las ondas mecánicas se obtiene de una expre

sión de la forma general.

Propiedad elástica

= _____________

Propiedad inercial

ONDAS SONORAS PERIÓDICAS

Uno puede producir una onda sonora

periódica unidimensional mediante un émbolo vibratorio en un extremo de un tubo largo y estrecho que contenga gas. Las regiones más oscuras de la figura representan regiones donde el gas se comprime, por lo que en ellas la densidad y la presión están arriba de sus valores de equilibrio.

Región comprimida

Se forma cada vez que el émbolo se empuja hacia adentro del tubo.

Condensación

Región comprimida que se mueve por e

l tubo como un pulso, y comprime continuamente las capas enfrente de ella.

Rarefacciones

Se propagan también a lo largo del tubo, siguiendo a las condensaciones. Las dos regiones se mueven con una velocidad igual a la del sonido en ese medio (aproximadamente 343 m/s en el aire

a 20o C).

La distancia entre dos condensacio

nes sucesivas es igual a la longitud de onda .

Si s(x,t) es el desplazamiento de un `pequeño elemento de volumen medido a partir de su posición de equilibrio, podemos expresar esta función de desplazamiento armónico como

s(x,t) = smá

x cos ( x - t)

Amplitud de presión "Pmáx = smáx

donde smax es la velocidad longitudin

al máxima del medio frente al émbolo.

Una onda longitudinal senoidal se pr

opaga por un tubo lleno con un gas compresible. La fuente de la onda es un émbolo vibrante a la izquierda. Las regiones de alta y baja presión son oscuras y claras, respectivamente.

Amplitud de desplazamiento contra posición, y

Amplitud de presión contra posición d

e una onda longitudinal senoidal.

La onda de desplazamiento está 90ofuera

de fase respecto de la onda de presión.

A partir de la definición de módulo volumétrico vemos que la variación de presión en un gas es:

"P

= - B

El volumen de un segmento del medio que tiene un espesor "x en la dirección horizontal y un área de sección transversal A es V = A"x. El cambio en el volumen "V que acompaña al cambio de presión es igual a A"s, donde "s es la diferencia entre el valor de s en x + "x y el valor de s en x. Por tanto, podemos expresar "P como:

"P = - B = - B = - B

Considere una capa de aire de masa "n y ancho "x enfrente de un émbolo que oscila con una frecuencia angular , como en la figura.

Un émbolo oscilante transfiere energía al gas en el tubo, con lo cual hace que la capa de ancho "x y la masa "m oscile con amplitud smáx.

Émbolo

Transmite energía a la capa de aire. Puesto que la energía cinética promedio es igual a la energía potencial promedio en un movimiento armónico simple, la energía total promedio de la masa "m es igual a su energía cinética máxima.

Energía promedio de la capa de aire en movimiento

"E = ½ "m ( smáx)2 = ½ ( "x) ( smáx)2

donde A "x es el volumen de la capa. La tasa en el tiempo a la cual se transfiere la energía a cada capa. La potencia es:

Potencia = = ½ A ( smáx)2 = ½ A ( smáx)2

donde v = "x/"t es la velocidad de la perturbación hacia la derecha.

Intensidad I de una onda

Potencia por unidad de área, como la tasa a la cual la energía que es transportada por la onda fluye por un área unitaria A perpendicular a la dirección de propagación de la onda.

La intensidad es:

potencia

I = área = ½ ( smáx)2

Así, vemos que la intensidad de una onda sonora periódica es proporcional al cuadrado de la amplitud y al cuadrado de la frecuencia. Esto también puede escribirse en función de la amplitud de presión "Pmáx, utilizando la ecuación anterior lo cual produce.

Niveles sonoros en decibeles

Nivel sonoro se define mediante la ecuación

"10 log

La constante I0 es la intensidad de referencia, considerada como umbral auditivo ( I0 = 1.00 x 10-12 W/m2), e I es la intensidad en watts por metro cuadrado en el nivel sonoro , donde se mide en decibeles (dB).2

La exposición prolongada a intensos nive

les sonoros puede producir un daño serio al oído. Es recomendable utilizar tapones en los oídos siempre que los niveles sonoros sean mayores a 90 dB.

Se dice que la “contaminación por ruido”

puede ser un factor que contribuye a la alta presión sanguínea, la ansiedad y el nerviosismo.

La siguiente tabla brinda algunos valo

res característicos de los niveles sonoros de diferentes fuentes.

ONDAS ESFÉRICAS Y PLANAS

Onda sonora esférica

Se produce cuando un cuerpo esférico oscila de manera que su radio varíe senoidalmente con el tiempo,se mueve

hacia fuera desde la fuente a velocidad constante si el medio es uniforme.

Onda esférica que se propaga radialmente hacia afuera desde un cuerpo esférico oscilante. La intensidad de la onda esférica varía como 1/r2.

La energía en una onda esférica se propaga del mismo modo en vista de que todos los puntos en una esfera dada se comportan de la misma manera.

ondas electrom agnéticas

Son aquellas ondas que no necesitan un medio material para propagarse. Incluyen, entre otras, la luz visible y las ondas de radio, televisión y telefonía.

Todas se propagan en el vacío a una velocidad constante, muy alta (300 0000 km/s) pero no infinita. Gracias a ello podemos observar la luz emitida por una estrella lejana hace tanto tiempo que quizás esa estrella haya desaparecido ya. O enterarnos de un suceso que ocurre a miles de kilómetros prácticamente en el instante de producirse.

Las ondas electromagnéticas se propagan mediante una oscilación de campos eléctricos y magnéticos. Los campos electromagnéticos al "excitar" los electrones de nuestra retina, nos comunican con el exterior y permiten que nuestro cerebro "construya" el escenario del mundo en que estamos.
Las O.E.M. son también soporte de las telecomunicaciones y el funcionamiento complejo del mundo actual.

ORIGEN Y FORMACIÓN

Las cargas eléctricas al ser aceleradas originan ondas electromagnéticas

El campo E originado por la carga acelerada depende de la distancia a la carga, la aceleración de la carga y del seno del ángulo que forma la dirección de aceleración de la carga y al dirección al punto en que medimos el campo( sen q).

Un campo electrico variable engendra un campo magnético variable y este a su vez uno electrico, de esta forma las o. e.m. se propagan en el vacio sin soporte material

CARACTERÍSTICAS de LA RADIACIÓN E.M.

• Los campos producidos por las cargas en movimiento puden abandonar las fuentes y viajar a través del espacio ( en el vacio) creándose y recreándose mutuamente. Lo explica la tercera y cuarta ley de Maxwell.
• Las radiaciones electromagnéticas se propagan en el vacio a la velocidad de la luz "c". Y justo el valor de la velocidad de la luz se deduce de las ecuaciones de Maxwell, se halla a partir de dos constantes del medio en que se propaga para las ondas electricas y magnética .
• 
• Los campos electricos y magnéticos son perpendiculares entre si ( y perpendiculares a la dirección de propagación) y estan en fase: alcanzan sus valores máximos y mínmos al mismo tiempo y su relación en todo m omento está dada por E=c· B
• El campo eléctrico procedente de un dipolo está contenido en el plano formado por el eje del dipolo y la dirección de propagación. El enunciado anterior también se cumple si sustituimos el eje del dipolo por la dirección de movimiento de una carga acelerada
• Las ondas electromagnéticas son todas semejantes ( independientemente de como se formen) y sólo se diferencian e n su longitud de onda y frecuencia. La luz es una onda electromagnética

  

• Las ondas electromagnéticas tra nsmiten energía incluso en el vacio. Lo que vibra a su paso son los campos eléctricos y magnéticos que crean a propagarse. La vibracion puede ser captada y esa energía absorberse.
• Las intensidad instantánea que posee una onda electromagnética, es decir, la energía que por unidad de tiempo atraviesa la unidad de superficie, colocada perpendicularmente a la direción de propagación es: I=c· e_oE². La intensidad media que se propaga es justo la mitad de la expresión anterior.
• La intensidad de la onda electromagnética al espandirse en el espacio disminuuye con el cuadrado de la distancia y como "I "es proporcional a E² y por tanto a sen²Q . Por lo tanto existen direcciones preferenciales de propagación