¿Cuales son las características de una onda?

¡Hola querida comunidad científica de hive! Ante todo reciban un cordial saludo, es un placer para mi estar nuevamente por acá compartiendo con ustedes una nueva publicación. Como ya hemos venido hablando de las ondas, en esta ocasión continuaremos con ese extraordinario tema, hoy conoceremos las características de una onda.

En nuestra publicación anterior pudimos ver que una onda transversal puede originarse al perturbar el extremo de una cuerda. Dependiendo del movimiento de la mano, que puede actuar como fuente de ondas, se originan ondas de apariencias completamente distintas. Si la mano sube a partir de un nivel de referencia, y baja hasta el mismo nivel, se produce un pulso de onda, como el que podemos evidenciar en la siguiente imagen, sabiendo que este pulso no es sinusoidal.

Otro ejemplo lo tenemos si la cuerda se sube hasta una posición máxima, se baja hasta una posición mínima, pasando por el nivel de referencia y, finalmente, se vuelve hasta este último. En este caso, tal como se indica en la imagen a continuación, en este ejemplo se produce un pulso de onda sinusoidal. Si el movimiento anterior se hace repetitivo, se produce una onda sinusoidal periódica o continua.

La onda sinusoidal es de gran importancia en todas las ramas de la Física y de la ingeniería. De allí que su estudio sea de gran relevancia para las ciencias. En los laboratorios se utilizan equipos capaces de generar este tipo de onda, para someter a experimentación a los más disímiles sistemas físicos. En la imagen podemos observar una onda sinusoidal en un momento cualquiera, durante su propagación hacia la derecha. Asumiremos que se trata de una onda creada en una cuerda. La línea punteada corresponde a la posición de equilibrio o de referencia de la onda. Este nivel de referencia se ha hecho coincidir con el eje X, donde se representa la distancia recorrida por la onda. Cualquier partícula de la cuerda puede alcanzar el nivel máximo de desplazamiento, en relación con la referencia. Cuando este desplazamiento máximo está por encima del nivel de referencia, recibe el nombre de pico, mientras que si está por debajo, recibe el nombre de valle. Así, los puntos A, B, C son picos de la onda, mientras que los puntos D y E corresponden a valles. Si se asume que el nivel de referencia tiene coordenada cero, según el eje Y, los puntos A, B y Corresponden a máximos desplazamientos positivos (picos), mientras que D y E corresponden a máximos desplazamientos negativos (valles).

La amplitud de una onda es el máximo desplazamiento de la misma, con respecto al nivel de referencia. De acuerdo a esto, la amplitud se mide dese el nivel de referencia al pico o al valle de la onda.

Otra característica muy importante de una onda es su longitud de onda. Si visualizamos nuevamente la imagen anterior podemos detallar que el patrón de formación de la onda es repetitivo, es decir que: comienza en el punto F y, luego, se repite el patrón entre los puntos H y J. Se dice que se cumple el ciclo, cuando la onda comienza a repetirse según el eje X, a partir d un punto tomado como referencia. Así, si partimos del punto B y nos movemos sobre el eje X hacia la derecha, la onda comienza a repetirse al alcanzar el punto C. La distancia entre B y C, correspondiente a un ciclo, es la longitud de onda. Dicha longitud puede medirse de un pico al próximo pico o de un valle al siguiente. En general, la longitud de onda puede medirse desde un punto cualquiera de un ciclo al punto correspondiente en el próximo ciclo. La longitud de onda se denota, usualmente, por la letra griega λ (lambda).

En una onda longitudinal, las partículas del medio se desplazan en una dirección paralela a la dirección de propagación de la onda. Ejemplifiquemos una onda longitudinal, a una onda de sonido. Ya vimos que, cuando el aire es perturbado por este tipo de onda, se producen compresiones y expansiones de sus partículas, asociadas a la fuente que produce la perturbación. Si la fuente que origina las perturbaciones es sinusoidal, el patrón de compresiones y expansiones modifica la densidad del aire, en un patrón similar al de la fuente. La mayor densidad del aire corresponde a una mayor amplitud de la onda y la menor densidad está ligada a la menor amplitud de la misma. El gráfico siguiente es indicativo de lo que aquí se trata de explicar. En la imagen (A) se puede mostrar el aire comprimiéndose (zonas oscuras) y expandiéndose (zonas más claras), de manera que su densidad asume valores máximos y mínimos, de acuerdo con un patrón sinusoidal. El valor normal de densidad está asociado con la ausencia de perturbación del aire. La longitud de onda, en este caso, debe medirse como la distancia entre una comprensión y la siguiente o entre dos expansiones consecutivas.

De lo expuesto anteriormente, podemos imaginar que una onda transversal sinusoidal presenta un patrón periódico de picos y valles, mientras que una onda longitudinal sinusoidal presenta un patrón periódico de comprensiones y expansiones.

Finalmente podemos concluir que las ondas sinusoidales son utilizadas ampliamente para caracterizar diversos fenómenos físicos. Tienen su aplicación más difundida en el estudio de las ondas electromagnéticas.

Figuera, J. (2009). Física, Texto y problemario. Caracas: Ediciones CO-BO.

Zemansky, S. (2009). Física Universitaria Volumen I. México: Pearson Educación.