Clasificación de las Ondas

Resulta que debido a la gran variedad de ondas que existen en el universo físico, existen muchos criterios para clasificar las ondas, y el día de hoy veremos cuáles son.

Cuando a una cuerda estirada y sometida a tensión se le da una sacudida, la forma de la cuerda varia de un modo regular a lo largo del tiempo. La pequeña comba que se produce en el extremo por la sacudida y que se mueve a lo largo de la cuerda se denomina pulso de onda.

Una característica de un pulso es que tiene un principio y un final. Es una perturbación de extensión limitada.

Cuando la fuente de perturbación, así como lo muestra la imagen anterior es la mano, se mueve continuamente de arriba hacia abajo, se envía no una ni dos ondas, sino una serie completa de ondas a lo largo de la cuerda. Una serie de ondas continuas de este tipo se denomina tren de ondas, lo podemos ver en el diagrama que se muestra a continuación.

Si la fuente de perturbación se mueve con una frecuencia fija, es decir, se producen ondas en la cuerda de tal manera que el intervalo de tiempo entre dos pulsos es el mismo, decimos que las ondas que se producen son periódicas y de periodo igual al de la fuente que las produce. En el caso de las ondas en el agua, las ondas periódicas se obtienen con una fuente de perturbación que golpee la superficie de una manera periódica.

Son aquellas que no son periódicas, es decir, cuya frecuencia no es fija.

Podemos producir ondas utilizando un resorte largo, que al igual como se hizo con la cuerda la fuente de vibración sea la mano.

Focalicemos nuestra atención en el resorte que se muestra en la imagen a continuación. Pasemos a describir cinco pasos lo que ocurre al producir un pulso en dicho resorte.

a) La onda no se ha iniciado, se observa la cinta negra en una de sus espiras. La flecha permanece fija en el resto de las imágenes, pero la cinta se mueve.
b) Al comprimir una parte del resorte con un lápiz se nota que la parte comprimida aún no alcanza la cinta. Se observa que las espiras detrás del lápiz están mucho más separadas.
c) La parte comprimida se ha movido hacia la izquierda, llevándose la cinta.
d) La parte comprimida choca contra la pared y se refleja y traslada hacia el lado derecho de la ilustración. La cinta negra se encuentra ahora a la derecha de su posición original.
e) La cinta retrocede al punto inicial. La onda ha recorrido el resorte, pero la cinta negra sólo ha vibrado.

De acuerdo con lo anterior, la partícula (la cinta negra) se desplaza a lo largo del eje del resorte en la misma dirección en que se mueve la onda. A esta clase de onda se le denomina ondas longitudinales. Según Sánchez (2005) define las ondas longitudinales como, “aquellas en la cual la dirección de propagación de la onda coincide con la dirección de movimiento de las partículas del medio”.

Para comenzar el estudio de las ondas transversales, es propicio prestar atención al extremo derecho de la primera ilustración de la imagen a continuación.

Aquí se ha producido una onda en la que se ha movido el extremo hacia arriba y hacia abajo, produciendo elevaciones y depresiones que se mueven a lo largo del resorte. Si pone atención en el punto blanco marcado en el resorte, se puede observar que éste punto en el resorte vibra hacia arriba y hacia abajo perpendicularmente al resorte, es decir, a la dirección de propagación de la onda. A las ondas de este tipo se le conoce como ondas transversales. En conclusión, son aquellas cuyas partículas vibran en ángulo recto con la dirección de propagación de la onda.

Cabe destacar, que en las ondas transversales la elevación de la onda se le llama cresta y la depresión o parte baja se le conoce como valle.

En las ondas que se producen en el agua, en las partículas del agua por donde pasa la ola, predomina el movimiento vibratorio vertical sobre el horizontal, por lo que la onda está más próxima a las transversales que las longitudinales. En realidad, son una combinación de ambas, pero siempre la dirección del movimiento de las partículas puede descomponerse en sus direcciones perpendiculares y paralelas al movimiento de la onda.

Las ondas mencionadas anteriormente, en la cuerda y el resorte, son ondas que se propagan en una sola dimensión, a lo largo de la cuerda o del resorte, a tales ondas se les llama unidimensionales.

Cuando una piedra cae en un estanque se producen ondas como las que podemos ver en la siguiente imagen, en la cual se observa que las ondas se propagan en dos dimensiones. En este caso las ondas que se forman se desplazan en la superficie del agua desde el centro emisor y penetran apenas en la profundidad y se les llama ondas superficiales o en dos dimensiones. Ejemplo de estas ondas bidimensionales son las propagadas en las membranas.

De igual forma, en una cubeta de ondas pueden generarse ondas bidimensionales análogas a las ondas circulares mediante una tabla que oscila de arriba hacia abajo.

Ahora bien, supongamos una fuente o foco puntual de sonido que radie energía en todas las direcciones como se muestra en la imagen siguiente. Como puede verse en este caso, si el medio ocupa un volumen (sólido, liquido o gas) las odas que provienen de la fuente de perturbación tienen una forma que depende de la geometría del cuerpo que la produce.

La imagen 6a muestra parte de la esfera que corresponde a una onda que se produjo por la vibración de la fuente. En la 6b, cada circunferencia representa la intersección de las esferas, forma de la onda, con el plano del papel. A tales ondas se les llama ondas tridimensionales (el sonido, ondas electromagnéticas) u ondas de volumen y el caso específico de esta imagen estamos en presencia de ondas esféricas.

Numerosas veces hemos visto en las películas de indios y vaqueros como alguno de ellos pegaba la oreja al suelo para oír el trote de los caballos, tal experiencia tiene que ver con la necesidad de la existencia de un medio material (en este caso la tierra) para la propagación del sonido. Cuando suena una campana, se puede escuchar su tañido a grandes distancias debido a la existencia de un medio material para propagarse se les llama ondas mecánicas y se producen por fluctuaciones de presión y densidad en el medio material. Escuchamos sonidos debido a la variación de la presión del aire sobre nuestros tímpanos producida por esas ondas.

Existen otras ondas, en las que se incluyen la luz visible, las ondas de radio y los rayos x, que, aunque se propagan en algunos sólidos y líquidos, también se pueden propagar sin medio material (el vacío), por ejemplo, el espacio exterior. A tales odas se les llama electromagnéticas. Las ondas electromagnéticas se asocian al transporte de energía eléctrica de un punto a otro, en el espacio vacío y se ha comprobado que estas ondas se generan por partículas cargadas aceleradas que provocan fluctuaciones eléctricas y magnéticas en el espacio donde se propagan. Las ondas mecánicas dependen de las propiedades del medio y las ondas electromagnéticas dependen de las propiedades dieléctricas del medio.

Sánchez, E. (2005). Física. Caracas: Ediciones CO-BO.

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