Concepto de ondas

Las ondas transportan energía y cantidad de movimiento de un lugar a otro sin transporte de materia.

Una onda es una perturbación de una dada propiedad física que se propaga como deformación, presión, campo electromagnético, etc. Podemos asociar cada tipo de onda un campo.

Podemos citar el siguiente ejemplo: en el caso de la superficie libre de un líquido el campo es el desplazamiento de cada punto de la superficie libre del medio líquido en relación al equilibrio. Es importante tener una vista física de una onda como una situación física descrita por un "campo dependiente del tiempo", es decir, en función del tiempo.

La interferencia es una de las propiedades características y únicas del movimiento de las olas.

Hipótesis iniciales

A menos que indiquemos explícitamente lo contrario haremos las siguientes hipótesis:

1. Medio continuo
Cuando se ignora la estructura molecular y se admite un medio homogéneo. Este hipótesis es válida siempre que la fluctuación espacial de la onda (determinado por la longitud de onda) es grande en comparación con la separación intermolecular (orden de 1 Angstrom, \(10^{-10} m\) ).
2. Medio perfectamente elástico
Es aquel donde la energía de la onda no disminuye a medida que esta se propaga, ya que no hay absorción y por lo tanto la amplitud de oscilación no varía.
3. Medio no dispersivo
Conserva la forma del paquete de ondas.

Clasificación de las ondas

Naturaleza

Conocemos ondas de dos naturalezas, que son:
Mecánicas
Ondas mecánicas requieren un medio mecánico para propagar, no se propagan en el vacío. Ejemplo: el sonido.
Electromagnéticas
Las ondas electromagnéticas pueden propagarse en el vacío y también en algunos medios materiales. Ejemplo: la luz, ondas de radio.

Modo de propagación

Transversales
Ondas donde la vibración del medio de propagación es perpendicular a la dirección de propagación de la onda. (por ejemplo, las ondas en las cuerdas de una guitarra se propagan de forma transversal)
Longitudinales
Ondas donde la vibración del medio de propagación está en la misma dirección que la propagación de la onda. (las ondas de sonido se propagan de esta manera)
Mixtas
Donde la vibración del medio de propagación ocurre tanto en la dirección de propagación de la onda como también en la dirección perpendicular.
Ilustración de una onda transversal y otra longitudinal. La onda representada en la parte superior de la imagen (línea naranja) es una onda transversal, donde las partículas oscilan verticalmente. Por ejemplo, las ondas de las cuerdas de una guitarra son transversales. En la parte inferior de una onda longitudinal en donde las partículas oscilan en la horizontal, diferentes colores pueden ser considerados como variaciones de presiones presentes en una onda. Por ejemplo, la onda de sonido es una presión transversal que se propaga en el aire.

Dimensiones

Unidimensional
Son aquellas que se propagan en una sola dimensión, como las ondas en las cuerdas de una guitarra.
Bidimensional
Son aquellas que se propagan en una superficie, como las olas en el lienzo de un tambor.
Tridimensional
Son aquellas que se propagan en las tres dimensiones del espacio, como las ondas de sonido. dl>

Forma

Senoidal
Son las que tienen funciones trigonométricas como la forma (seno, coseno).
Esférica
Son las que tienen frentes de onda que se propagan con simetría esférica.
Cilíndrica
Son las que tienen frentes de onda que se propagan con simetría cilíndrica.
Plana
Son aquellas cuyos frentes de onda son planos.

Elementos de una onda

Longitud de onda ( \(\lambda\) )
es la distancia entre dos puntos consecutivos con la misma fase.
Periodo ( \(\tau\) )
El tiempo para un fenómeno repetirse.
Frecuencia ( \(f\) o \(\nu\) )
Es el número de veces que el fenómeno se repite por unidad de tiempo La frecuencia de una onda es siempre igual a la fuente que lo emitió.
Amplitud o intensidad ( \(A\) )
La amplitud es una escala de medición (negativo y positivo) de la magnetud de la onda, su valor viene dado por la distancia desde el origen a la cresta de la ola.