¿Qué son las ondas?

¿Qué son las ondas?

• Las ondas son perturbaciones de un medio, material o no, originadas por cambios en densidad, presión, campo magnético o campo eléctrico.
• Las ondas transmiten energía de una partícula a otra, generando un movimiento ondulatorio, pero no transportan materia.

¿Cómo se originan y propagan las ondas en un charco?

• Al caer una gota en el agua, la energía se transfiere al medio, y el punto perturbado se llama foco.
• Las propiedades del agua (densidad y elasticidad) hacen que la región cercana al foco oscile o vibre, propagando la perturbación en forma de ondulaciones progresivas.
• Cada oscilación propagada se llama pulso.
• La energía que transporta se distribuye en una circunferencia de mayor radio al alejarse del foco, disminuyendo la altura de las ondulaciones (amplitud).
• La atenuación de una onda hace que las mismas disminuyan.

¿Cómo se clasifican las ondas?

• Las ondas se clasifican según:
  • Medio de propagación
  • Dirección de vibración del medio
  • Extensión del medio
  • Periodicidad de la onda
  • Dirección de propagación

Según su medio de propagación

• Ondas Mecánicas:
  • Son perturbaciones de propiedades mecánicas de un medio material y requieren de éste para propagarse.
  • Ejemplos: sismos, perturbaciones en el agua y sonido.
• Ondas Electromagnéticas:
  • Son perturbaciones de las propiedades electricas y magnéticas del espacio.
  • No requieren un medio material, propagándose en el vacío.
  • Pueden propagarse en un medio material.
  • Ejemplos: ondas de radio, luz, radiación infrarroja.

Según la dirección de vibración del medio

• Ondas Longitudinales: Las partículas del medio vibran en la misma dirección en que se propaga la onda.
• Ondas Transversales: Las partículas del medio vibran en dirección perpendicular a la dirección en que se propaga la onda.

Según la extensión del medio

• Ondas Viajeras o Progresivas: Se propagan desde una fuente sin volver a su lugar de origen.
  • Al alejarse de la fuente, la onda viajera pierde energía.
• Ondas Estacionarias: Ciertos puntos de la onda, llamados nodos, permanecen inmóviles.
  • Los puntos oscilan en torno a su posición de equilibrio, pero el patrón de la onda no se mueve.
  • Ocurren por la superposición de dos ondas de la misma dirección, amplitud y frecuencia, pero sentido contrario.

Según la periodicidad de la onda

• Ondas Periódicas: Tienen un valor constante de tiempo o período entre cada pulso, también llamadas ondas armónicas.
• Ondas No Periódicas: Los pulsos se generan en intervalos irregulares de tiempo, siendo difíciles de modelar matemáticamente

Según la dirección de propagación

• Ondas Unidimensionales: Se propagan en una sola dirección y sus pulsos son planos y paralelos entre sí.
• Ondas Bidimensionales: Se propagan en dos dimensiones de un plano, también llamadas ondas superficiales.
• Ondas Tridimensionales: Se propagan en las tres dimensiones.

¿Cómo representar una onda?

• Elementos espaciales:
  • Longitud de onda
  • Amplitud
• Elementos temporales:
  • Periodo
  • Frecuencia
  • Rapidez de propagación

Longitud de onda

• Es la distancia entre dos puntos consecutivos de una onda que se comportan de igual forma o poseen la misma fase.
• En una onda periódica, es una distancia constante y se mide en metros (m).

Amplitud

• Es el desplazamiento máximo que experimentan las partículas de un medio al oscilar en torno a una posición de equilibrio.
• Corresponde a la distancia entre el eje horizontal (posición de equilibrio) y un monte o valle de la onda.
• Indica la cantidad de energía que transporta la onda (al igual que la frecuencia) y se mide en metros (m).

Periodo

• Es el tiempo que transcurre entre dos pulsos consecutivos o el tiempo que tarda en producirse un ciclo completo, medido en segundos (s).

Frecuencia

• Es Número de ciclos que se producen en una onda por unidad de tiempo, medido en hertz (Hz) en el SI.
• La frecuencia y el período son inversamente proporcionales; si uno aumenta, el otro disminuye.
• f = 1/T
• T = 1/f

Rapidez de propagación

• Razón de cambio entre la distancia recorrida y el tiempo empleado en hacerlo.
• La distancia recorrida es su longitud de onda (λ), mientras que el tiempo que tarda en hacerlo es el período (T).
• v = λ / T
• La velocidad se mide en m/s
• v = λ * f (frecuencia)

¿Qué propiedades tienen las ondas?

• Al interactuar con obstáculos, las ondas pueden modificar algunas de sus características, como la dirección o la rapidez.

Reflexión

• Cuando una onda incide en el límite de separación de dos medios diferentes, parte de ella es redireccionada hacia el medio por el cual se propagaba originalmente.
• Propiedades:
  • La onda incidente, la onda reflejada y la normal (línea imaginaria perpendicular a la superficie de separación) están en un mismo plano.
  • El ángulo de incidencia (αi) y el ángulo de reflexión (αr) son de igual medida.

Refracción

• Cambio en la velocidad de propagación y, por consiguiente, en la dirección en la que viaja una onda al pasar de un medio a otro con densidad diferente (siempre que el ángulo de incidencia sea distinto de 0°).
• La frecuencia de la onda se mantiene constante.
• Para que su velocidad varíe, debe cambiar su longitud de onda (v = λ * f).

Difracción

• Cuando una onda atraviesa una abertura cuyo tamaño es aproximadamente similar a la longitud de la onda, en dicha abertura se produce un nuevo foco emisor, a partir del cual la onda se propaga en múltiples direcciones.

¿Cómo se origina y propaga el sonido?

• Para que un cuerpo u objeto emita sonido, debe producirse en él algún tipo de vibración que se propague en un medio elástico, como el aire o el agua.
• Las ondas sonoras se propagan en todas direcciones, de modo que su frente de ondas es esférico.
• El sonido es una onda mecánica y longitudinal, es decir, necesita un medio y las ondas viajan en la misma dirección de este.
• Al producirse un sonido, las moléculas del aire en contacto con la fuente vibran, transmitiendo la energía a las moléculas vecinas.
• A medida que la onda sonora se propaga, se producen zonas de compresión (moléculas más juntas y presión más alta) y zonas de rarefacción o descompresión (moléculas más separadas).
• El sonido es considerado onda de presión.

¿Cómo se percibe el sonido?

• Los oídos transforman una onda mecánica (señal acústica) en una señal eléctrica (impulsos nerviosos), siendo considerados transductores mecano-eléctricos.
• El oído se divide en externo, medio e interno.
• El oído externo capta la onda sonora a través del pabellón auricular, que concentra y dirige el sonido hacia el canal auditivo, terminando en el tímpano (membrana elástica que separa el oído externo del medio).
• Las vibraciones del tímpano son transmitidas a tres diminutos huesos interconectados (martillo, yunque y estribo), que amplifican mecánicamente la vibración.
• El estribo actúa como un pistón en el oído interno, empujando y tirando de la ventana oval (membrana flexible del caracol o cóclea).
• Estos movimientos crean ondas de presión en el líquido del caracol (perilinfa), transfiriendo su vibración al órgano de Corti.
• La vibración del órgano de Corti hace que las células ciliadas de su membrana vibren, emitiendo impulsos nerviosos (señales eléctricas) que viajan por el nervio auditivo al cerebro, donde se interpreta la señal como sonido.

Espectro auditivo

• Los sonidos por sobre 20 kHz(kilo Herzio), se les llama ultrasonidos, siendo inaudibles para los seres humanos, pero emitidos y percibidos por muchos seres vivos.
• Los sonidos debajo de los 20 Hz se les llama infrasonidos. Sus longitudes de onda van desde los 17 m hasta aproximadamente los 30 km, este tipo de onda sonora se caracteriza por experimentar recorrer grandes distancias sin disminuir considerablemente su amplitud.

¿Qué características tiene el sonido?

• Intensidad
• Tono
• Timbre

La intensidad

• Indica si un sonido se percibe más o menos "fuerte" y depende de la energía que transporta la onda.
• A mayor energía, mayor amplitud (si la frecuencia es la misma).
• Siempre requiere de un medio.
• Corresponde a la energía transportada por unidad de tiempo y de superficie, medida en decibeles (dB).

Contaminación Acústica

• Exceso de sonido en una zona que altera las condiciones normales del ambiente.
• La Organización Mundial de la Salud (OMS) considera que la exposición prolongada a ambientes con ruido superior a 70 dB puede causar daños irreparables en la capacidad auditiva.

El tono

• Característica del sonido que nos permite clasificarlo en agudo o grave.
• Está estrechamente ligado a la frecuencia: a mayor frecuencia, más agudo; a menor frecuencia, más grave.

El timbre

• Permite diferenciar dos sonidos distintos.
• Se debe a la composición armónica de un determinado sonido.
• La cantidad y diversidad de armónicos de un instrumento musical están determinadas por factores como forma, tamaño y material.
• Más armónicos significan mayor riqueza y complejidad del sonido.
• Las ondas estacionarias se generan cuando ondas de la misma naturaleza se interfieren. Los armónicos de un instrumento están ligados a las ondas estacionarias.

¿A qué Rapidez viaja el sonido?

• La rapidez depende de las propiedades del medio: elasticidad, la densidad y la temperatura.
• La velocidad es mayor en sólidos que en líquidos, y mayor en líquidos que en gases.

Sonido y Temperatura

• En sólidos y líquidos, la rapidez del sonido no experimenta variaciones significativas con la temperatura.
• En los gases, la rapidez varía considerablemente al cambiar la temperatura.
• Experimentalmente, la rapidez del sonido en el aire es una función de la temperatura:
  • v = 331 * √(1 + T/273)
  • A 15 °C, la rapidez del sonido en el aire es de 340 m/s.