Ondas Mecánicas - Sonido

Prof. Rodolfo D. LAURET

Ondas Mecánicas
Ondas en medios elásticos
El movimiento ondulatorio aparece en casi todos los campos de la física. Todos estamos
familiarizados con las ondas formadas en el agua. Hay también ondas sonoras, luminosas, de
radio, etc. A una formulación de la mecánica de los átomos y de las partículas subatómicas se
le lama mecánica ondulatoria. Es claro que laspropiedades y el comportamiento de las ondas
son muy importantes en la física.
Acá estudiaremos las ondas en medios deformables o medios elásticos. Tales ondas,
(por ejemplo las ondas sonoras), son las llamadas ondas mecánicas. Se originan al desplazarse
alguna porción de un medio elástico de su posición normal, poniéndolo a oscilar con respecto
a una posición de equilibrio. Debido a laspropiedades elásticas del medio, la perturbación se
transmite de una capa a la siguiente. Esta perturbación, u onda, avanza por consiguiente a
través del medio. Notemos que el medio mismo no se mueve en conjunto al ir moviéndose la
onda, sino que las diversas partes del medio oscilan solamente en trayectorias limitadas. Por
ejemplo, cuando una onda en el agua llega donde hay un objeto flotando, lo poneen
movimiento comunicándole su energía, pero no lo “arrastra”. El movimiento ondulatorio
puede transmitir energía a distancias considerables. La energía en las ondas es la energía
cinética y la energía potencial de la materia, pero la transmisión de la energía se efectúa
pasándose de una parte de la materia a la siguiente, y no mediante movimientos a gran
distancia de la materia misma. Lasondas mecánicas se caracterizan por el transporte de
energía a través de la materia mediante el movimiento de una perturbación en esa materia sin
que haya un movimiento de conjunto correspondiente a la materia misma.
Movimiento periódico
Se llama movimiento periódico al movimiento que se repite a intervalos iguales de
tiempo, el cual puede ser expresado matemáticamente mediante senos y cosenos.y = A·senx

y = A·cosx

Como el término armónico se aplica a expresiones que contienen esas funciones, el
movimiento periódico se llama a menudo movimiento armónico.

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Movimiento oscilatorio
Si una partícula que tiene movimiento periódico se mueve alternativamente en un
sentido y en otro siguiendo la misma trayectoria, a su movimiento lo denominamososcilatorio o vibratorio. El mundo está lleno de movimientos oscilatorios: las oscilaciones del
péndulo de un reloj, una cuerda de violín, una masa fija a un resorte, los átomos en l as
moléculas o en una red sólida y las moléculas del aire al pasar por él un sonido.

Péndulo

Cuerda

Resorte

Si a uno de estos casos, por ejemplo el del resorte, le
agregamos una masa, lo estiramos y losoltamos para que
oscile libremente, implementando un dispositivo como el de la
figura, podemos apreciar que el movimiento oscilatorio del
resorte se dibuja como una sinusoide.
Muchos cuerpos en oscilación no se mueven en un sentido y en otro entre límites fijos
exactamente, debido a que las fuerzas de rozamiento disipan la energía de movimiento. Así,
por ejemplo, una cuerda de violín terminapronto sus vibraciones y un p éndulo suspende sus
oscilaciones. A tales movimientos los llamamos movimientos armónicos amortiguados:

Aun cuando no podemos eliminar el rozamiento de los movimientos periódicos de los
cuerpos grandes, a menudo es posible contrarrestar su efecto de amortiguamiento
comunicando energía al sistema en oscilación con el fin de compensar la energía disipada porrozamiento. El resorte principal de un reloj o la pesa que va cayendo en un reloj de péndulo
proporcionan de esa forma energía externa, de manera que el sistema oscilante, (ya sea el
balancín o el péndulo), se mueven como si no estuvieran amortiguados.
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Los sistemas mecánicos no son los únicos que pueden oscilar. Las ondas de radio, las
microondas y la luz visible...