ONDAS EM CONCEPTOS BASICOS

ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS. CONCEPTOS BÁSICOS

ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS. CONCEPTOS BÁSICOS

1. Movimiento ondulatorio. Generalidades

1

2. Ondas elásticas y ondas electromagnéticas

2

3. Descripción matemática del movimiento ondulatorio .
Ecuación de ondas

3

4. Ondas armónicas. Ecuación de Helmholtz

5

5. Frecuencia y longitud de onda de una onda armónica

6

6. Ondas periódicas no armónicas.Análisis de Fourier del movimiento ondulatorio

8

7. Ondas longitudinales y transversales

9

8. Polarización

10

9. Ondas planas, cilíndricas y esféricas

13

10. Vector propagación

16

11. Representación fasorial de ondas armónicas

17

12. Velocidad de fase y velocidad de grupo

19

13. Ondas electromagnéticas en el vacío

21

14. Propagación de ondas EM en la materia

27

15. Regiones decampo cercano y de campo lejano

33

16. Espectro electromagnético

36

17. Aspectos biológicos de los campos EM

42

18. Antenas

51

Apéndice 1. Series de Fourier
Apéndice 2. Magnitudes físicas y unidades
Apéndice 3. Glosario

65
68
71

CONTENIDO

ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS. CONCEPTOS BÁSICOS

1

1. MOVIMIENTO ONDULATORIO. GENERALIDADES
Todos estamos familiarizados con la idea de onda; así, cuando sedeja caer una
piedra a un estanque, la ondas de agua marchan radialmente hacia fuera, al tocar la
guitarra vibran las cuerdas y las ondas sonoras se extienden en la proximidad del
instrumento, cuando una emisora de radio está transmitiendo, las ondas
electromagnéticas se propagan a través del aire o del vacío. Todos estos son
ejemplos de movimiento ondulatorio y tienen en común dos importantespropiedades:
la energía se traslada a puntos distantes y la perturbación marcha a través del medio
sin que éste en su totalidad sufra ningún desplazamiento permanente.
El movimiento ondulatorio consiste en la propagación de una propiedad física o
una perturbación (variación de alguna magnitud física) descrita por un cierto campo,
a través de un medio.
El campo que describe la propiedad física puedeser:
•
•

Un campo electromagnético (caso de ondas electromagnéticas).
El desplazamiento transversal de una cuerda, la deformación de un resorte, la
presión de un gas, etc. (caso de ondas elásticas).

El medio que transmite las ondas puede ser el aire, una cuerda tensa, un líquido, etc.
e, incluso el vacío (sólo para el caso de ondas electromagnéticas).
Como la afirmación de que lo que se propagaen el movimiento ondulatorio es una
propiedad física o perturbación es algo abstracta, conviene concretarla: En un
movimiento ondulatorio se transmite o propaga una condición dinámica, esto es,
cantidad de movimiento y energía.
Cualquiera que sea la naturaleza del medio que transmite las ondas, ya sea el aire,
una cuerda tensa, un cable eléctrico o el vacío, todos los movimientos ondulatoriosestán regidos por una cierta ecuación diferencial, la ecuación del movimiento
ondulatorio. La parte matemática del problema consiste meramente en resolver esta
ecuación con las adecuadas condiciones de contorno e interpretar después la solución
apropiadamente.

MOVIMIENTO ONDULATORIO. GENERALIDADES

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ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS. CONCEPTOS BÁSICOS

2. ONDAS ELÁSTICAS Y ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
Las ondaselásticas requieren un medio material como soporte a su transmisión. Tal
sucede con las ondas sonoras, ondas en cuerdas, membranas, etc. En cambio, las
ondas electromagnéticas no requieren necesariamente un medio material para su
propagación.
Con la excepción de las ondas superficiales en un líquido, la perturbación (sea ésta
una deformación, una presión o el desplazamiento de un volumen) sepropaga con
una velocidad que depende de las propiedades elásticas del medio. Estas ondas
elásticas son también llamadas sonido. En el lenguaje vulgar el sonido está
relacionado con la sensación auditiva, i.e., vibraciones en la membrana auditiva
provocadas por una onda elástica que se propaga a través de un gas, un líquido o un
sólido. Sin embargo nuestro sistema nervioso sólo es sensible a...