Ondas y fenómenos de tranporte


Ondas. Movimiento Ondulatorio.

Sabemos por conocimiento empírico que al golpear algún objeto se generará un sonido. Es del conocimiento popular que el sonido “viaja” por el aire hasta llegar a nuestros oídos y hacer vibrar nuestro tímpano, así es como escuchamos ese sonido. Si reparamos en el cómo es que llega el sonido a nuestro oído encontraremos que el sonido se propaga a través delaire, partícula a partícula. Cuando un objeto sólido hace contacto con un líquido en reposo, por ejemplo el agua de un lago, podemos notar como se genera un movimiento y se propaga radialmente por la superficie. Cuando escuchamos la radio en nuestro reproductor favorito, sabemos que, a pesar de la distancia entre nosotros y el locutor, la antena de radio se encargará de transmitir una señal hastanuestro aparato reproductor y así escucharemos el mensaje. Lo mismo con un televisor o el internet, etc. Los ejemplos anteriores sobre propiedades físicas que se propagan por un medio son ejemplos de movimiento ondulatorio. Se puede definir a la onda como la propagación de alguna distorsión de una propiedad física (presión, sonido, campo eléctrico, campo magnético, etc.) en un medio (aire, agua,metal, etc.).

Con lo que al movimiento ondulatorio respecta, podemos dividir a las ondas en dos tipos. Supongamos que se produce una onda en una cuerda agitando el extremo libre hacia arriba y hacia abajo. En este caso el movimiento de la cuerda es perpendicular a la dirección del movimiento de la onda. Cuando el movimiento del medio (en este caso, la cuerda) es perpendicular a la dirección enque se propaga la onda, decimos que se trata de una onda transversal. No todas las ondas son transversales. En ciertos casos las partículas del medio se mueven de un lado a otro con la misma dirección en la que se propaga la onda. Dicho de otro modo, las partículas se mueven a lo largo de la dirección de la onda en lugar de hacerlo de forma perpendicular. Un ejemplo de este tipo de onda es elsonido, y se le conoce como onda longitudinal.

Haciendo un análisis dimensional de estos movimientos, se pueden observar tres importantes tipos de movimiento.

Ilustración 1

En la ilustración 1 se puede observar que las ondas planas (a), aunque contienen a las tres coordenadas X, Y y Z, siempre van en la misma dirección y la onda es la misma a lo largo de los diversos planos perpendicularesa la dirección de propagación, por lo que son en realidad monodimensionales. Este análisis también nos permite clasificar el movimiento ondulatorio de una onda plana como un movimiento de onda transversal. Al realizar el análisis dimensional sobre las ondas cilíndricas (b), en este caso, los frentes de onda son paralelos al eje Z, y por lo tanto perpendiculares al eje XY, por lo anterior, podemosconcluir que las ondas cilíndricas tienen un movimiento de onda longitudinal. Cuando se genera alguna perturbación en un punto y se propaga en todas direcciones se genera una esférica. Realizando el análisis dimensional se puede concluir que las ondas esféricas tienen un movimiento de onda longitudinal y transversal al mismo tiempo.
A pesar de poder generar ondas por un sinfín de medios, sedebe destacar que las ondas existen de dos tipos: las ondas mecánicas y las ondas electromagnéticas.
Las ondas mecánicas consisten en la propagación de una vibración a través de un medio, transportando así la energía, por ejemplo, el sonido, las ondas en el agua, una onda sísmica, etc. Por otro lado, las ondas electromagnéticas son el resultado de la interacción de campos eléctricos y magnéticos,aquí también hay transporte de energía de un lugar a otro, pero a diferencia de las ondas mecánicas, las ondas electromagnéticas no necesitan un medio para propagarse, por ejemplo, las ondas de radio, la luz visible, etc.

La propagación de una onda en un espacio tridimensional, está dada por la siguiente ecuación diferencial:


Se denomina reflexión de una onda al cambio de dirección que...