Movimiento Ondulatorio y su Relación con el Espacio, Clasificación de las Ondas

Movimiento Ondulatorio

Clasificación de las ondas

Pueden ser clasificadas de distintas formas, dependiendo de los factores que se tengan en cuenta para hacerlo:

En función del medio de propagación

• Mecánicas (medio material): las ondas mecánicas necesitan un medio elástico (sólido, líquido o gaseoso) para propagarse. Las partículas del medio oscilan alrededor de un punto fijo, por lo que no existe transporte neto de materia a través del medio. Como en el caso de una alfombra o un látigo cuyo extremo se sacude, la alfombra no se desplaza, sin embargo una onda se propaga a través de ella. Dentro de las ondas mecánicas tenemos las ondas elásticas, las ondas sonoras y las ondas de gravedad.
• No mecánicas (medio no material): son aquellas que no necesitan de un medio elástico, se propagan por el vacío. Dentro de estas ondas se encuentran las electromagnéticas.

En función de su propagación

Escalares: es una magnitud, sin dirección ni sentido. Por ejemplo, la presión en un gas, o la onda emitida por las partículas elementales del átomo.

• Vectoriales: la magnitud tiene una dirección y un sentido.
• Ondas longitudinales: el movimiento de las partículas que transporta la onda es paralelo a la dirección de propagación de la misma. Por ejemplo, el sonido.
• Ondas transversales: las partículas se mueven perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda. Por ejemplo, las ondas electromagnéticas (son ondas transversales perpendiculares entre sí).

En función de su periodicidad

• Ondas periódicas: la perturbación local que las origina se produce en ciclos repetitivos por ejemplo una onda senoidal.
• Ondas no periódicas: la perturbación que las origina se da aisladamente o, en el caso de que se repita, las perturbaciones sucesivas tienen características diferentes. Las ondas aisladas se denominan también pulsos.

En función de su frente de onda

Ondas unidimensionales: las ondas unidimensionales son aquellas que se propagan a lo largo de una sola dirección del espacio, como las ondas en los muelles o en las cuerdas. Si la onda se propaga en una dirección única, sus frentes de onda son planos y paralelos.

• Ondas bidimensionales o superficiales: son ondas que se propagan en dos direcciones. Pueden propagarse, en cualquiera de las direcciones de una superficie, por ello, se denominan también ondas superficiales. Un ejemplo son las ondas que se producen en la superficie de un lago cuando se deja caer una piedra sobre él.
• Ondas tridimensionales o esféricas: son ondas que se propagan en tres direcciones. Las ondas tridimensionales se conocen también como ondas esféricas, porque sus frentes de ondas son esferas concéntricas que salen de la fuente de perturbación expandiéndose en todas direcciones. El sonido es una onda tridimensional. Son ondas tridimensionales las ondas sonoras (mecánicas) y las ondas electromagnéticas.

Hay distintos tipos de ondas y distintos niveles de conocimientos en los que puede responderse tu pregunta. Te cuento acerca del caso más simple, que son las ondas armónicas (cuya forma puede describirse mediante funciones seno o coseno). Estas ondas tienen tres parámetros que las determinan: Amplitud: Que es el máximo valor de energía que pueden tomar. Frecuencia: La cantidad de veces por segundo en que la onda alcanza un valor dado de energía. Fase: Determina el valor de energía en un instante inicial; este parámetro es de interés según la aplicación.

La forma matemática es: A x Seno (2 x PI x F + P)

Siendo A la amplitud, PI=180°, F la frecuencia y P la fase.

Un ejemplo de onda es el sonido, tiene un valor máximo que se repite a una determinada frecuencia. La nota musical "LA" tiene una frecuencia de 550 veces por segundo, y la amplitud de la misma es lo que determina el volumen con que suena. La fase no tiene consecuencias en sonidos monofónicos. Una cuerda de guitarra que toca un LA vibra 550 veces por segundo, y cuanto mas se la desplace de su posición de reposo, mayor será la amplitud de la vibración y en consecuencia mayor su volumen. Hay distintos tipos de ondas y distintos niveles de conocimientos en los que puede responderse tu pregunta. Te cuento acerca del caso mas simple, que son las ondas armónicas (cuya forma puede describirse mediante funciones seno o coseno). Estas ondas tienen tres parámetros que las determinan: Amplitud: Que es el máximo valor de energía que pueden tomar. Frecuencia: La cantidad de veces por segundo en que la onda alcanza un valor dado de energía. Fase: Determina el valor de energía en un instante inicial; este parámetro es de interés según la aplicación.

La forma matemática es: A x Seno (2 x PI x F + P)

Siendo A la amplitud, PI=3.141592654, F la frecuencia y P la fase.

Un ejemplo de onda es el sonido, tiene un valor máximo que se repite a una determinada frecuencia. La nota musical "LA" tiene una frecuencia de 550 veces por segundo, y la amplitud de la misma es lo que determina el volumen con que suena. La fase no tiene consecuencias en sonidos monofónicos. Una cuerda de guitarra que toca un LA vibra 550 veces por segundo, y cuanto mas se la desplace de su posición de reposo, mayor será la amplitud de la vibración y en consecuencia mayor su volumen.

Ondas Armónicas
Cuando la fuente que produce la perturbación describe un movimiento armónico simple la onda generada se denomina onda armónica. Muchos fenómenos físicos pueden ser descritos por estas ondas, además cualquier movimiento ondulatorio puede expresarse como superposición de ondas armónicas (Teorema de Fourier).
Descripción de una onda armónica
Supongamos una cuerda infinita en la que se fuerza a uno de sus extremos a realizar un movimiento armónico simple de amplitud A y de frecuencia f o ν. Su desplazamiento vertical (y) será (a falta de la constante de fase):

Cada uno de los pulsos de onda generados se propaga por la cuerda de forma continua produciendo una onda armónica de la misma amplitud y de la misma frecuencia. En un instante de tiempo determinado (t₀) la cuerda tendría esta forma:

La distancia entre dos puntos consecutivos con el mismo desplazamiento vertical se denomina longitud de onda (λ) y en el S.I. se mide en metros. Se define también otra variable relacionada llamada número de ondas (k):   

Si se representa el desplazamiento vertical en función del tiempo para un punto de coordenada fija (x₀) se obtiene:

El tiempo que tarda un punto en describir una oscilación completa es el periodo (T) cuyas unidades en el S. I. son los segundos. La inversa del periodo es la frecuencia (f o ν) que representa el número de oscilaciones por segundo y se mide en Herzios.
La velocidad de fase se calcula entonces como el cociente entre la longitud de onda y el periodo:   

La función de onda que describe el desplazamiento vertical y para un punto de coordenada x en función del tiempo se expresa:

O de una forma más sencilla:   

En esta ecuación se ha incorporado ya la constante de fase φ, que queda determinada por las condiciones iniciales. Se puede usar también la función seno, con la constante de fase correspondiente.

Generación de una onda armónica

En esta animación se muestra cómo se produce una onda armónica a partir de un movimiento armónico simple. Puedes variar la frecuencia y la longitud de onda.

Observa cómo el punto verde sufre sólo un desplazamiento vertical mientras que la onda se desplaza en sentido horizontal: es una onda transversal.

Bibliografia:
...........Movimiento Ondulatorio:
http://www.angelfire.com/empire/seigfrid/Movimientoondulatorio.html
...........Clasificacion de las Ondas:
http://es.movimientoondulatorio.wikia.com/wiki/CLASIFICACION_DE_LAS_ONDAS

AUTOR: Ana Santiago