Introducción a las ondas

Objetivos

Terminada la lección podrás:

• Definir lo que es una onda.
• Identificar y describir las carácterísticas de una onda.
• Proveer ejemplos del comportamiento de las ondas

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Definición General:

Una onda es una perturbación de alguna propiedad que se puede propagar por un medio, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético.  También puede propagarse a través del espacio.  En ambos casos es capaz de  transportar energía. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa como aire, agua, un trozo de metal o el vacío.

En Física

En física, una onda es una perturbación que se propaga en el espacio, transportando energía pero no materia. Imagina una piedra que cae en un estanque: la piedra perturba la superficie del agua, creando ondas que se expanden hacia afuera. El agua en sí no se mueve con la onda, sino que oscila hacia arriba y hacia abajo mientras la onda pasa.

Características principales de las ondas:

• Propagación de energía: Las ondas transmiten energía de un punto a otro sin transportar materia.
• Perturbación: Una onda es el resultado de una perturbación en un medio o campo.
• Medio: El medio es la sustancia o el espacio a través del cual se propaga la onda (ejemplo: agua, aire, vacío). No todas las ondas necesitan un medio.

Tipos de ondas:

Las ondas se pueden clasificar de varias maneras, siendo las más comunes:

• Según el medio de propagación:
  • Ondas mecánicas: Necesitan un medio material para propagarse. Ejemplos: ondas en el agua, sonido, ondas sísmicas.
  • Ondas electromagnéticas: No necesitan un medio material para propagarse, pueden viajar en el vacío. Ejemplos: luz, ondas de radio, rayos X, microondas.
• Según la dirección de la perturbación respecto a la dirección de propagación:
  • Ondas transversales: La perturbación es perpendicular a la dirección de propagación. Ejemplo: ondas en una cuerda, ondas electromagnéticas.
  • Ondas longitudinales: La perturbación es paralela a la dirección de propagación. Ejemplo: sonido, ondas sísmicas P (primarias).

Elementos de una onda:

• Cresta: El punto más alto de la onda.
• Valle: El punto más bajo de la onda.
• Amplitud (A): La máxima elongación o desplazamiento de la onda desde su punto de equilibrio. Determina la intensidad o energía de la onda.
• Longitud de onda (λ): La distancia entre dos puntos consecutivos en fase (ejemplo: dos crestas o dos valles).
• Período (T): El tiempo que tarda la onda en completar un ciclo.
• Frecuencia (f): El número de ciclos que completa la onda por unidad de tiempo (generalmente segundos). Se mide en Hertz (Hz). La frecuencia es la inversa del período: f = 1/T.
• Velocidad de propagación (v): La velocidad a la que se mueve la onda a través del medio. Se relaciona con la longitud de onda y la frecuencia mediante la ecuación: v = λ * f.

Ejemplos de ondas en la vida cotidiana:

• Sonido: Ondas longitudinales que se propagan a través del aire.
• Luz: Ondas electromagnéticas transversales que se propagan en el vacío y en algunos medios materiales como el aire o el agua.
• Ondas de radio y televisión: Ondas electromagnéticas utilizadas para la comunicación.
• Microondas: Ondas electromagnéticas utilizadas para calentar alimentos y en telecomunicaciones.
• Ondas sísmicas: Ondas que se propagan a través de la Tierra durante un terremoto.

En resumen:

Las ondas son un fenómeno físico fundamental presente en la naturaleza y en numerosas aplicaciones tecnológicas. Comprendiendo sus características y tipos, podemos entender mejor cómo se transmite la energía y cómo interactúan con el mundo que nos rodea.

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Presentación:

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Tarea de ondas

La ondas generadas en las cuerdas

Estudia la presentación y utiliza la siguiente simulación para aprender más sobre las ondas. En este laboratorio explicarás lo que ocurre con la tensión, la fuerza y la oscilación. Realiza observaciones al cambiar los ajustes de la simulación. Prepara una tabla de datos para que muestres la relación entre las variables y explica tus hallazgos.

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Enlaces externos para explorar

• Conceptos de Física: Hyperphysics
• Libros:
  • Física Moderna de Paul A. Tipler
  • Física Moderna – Raymond A. Serway
• NASA: Science Explorer Poster Series
• Physical Sciences Resource Center: PSRC
• Simulaciones: PhET
• Tutorial de Física en Inglés: Physics Classroom
• Wikipedia en Español: Wikipedia

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Simulación

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Vídeo

Introducción a ondas

Explicando el Efecto Doppler en un minuto

Referencias

Hewitt, Paul G. (2002).  Conceptual Physics. Estados Unidos: Prentice Hall
Walker, James S. (2002).  Physics.  Estados Unidos:  Prentice Hall.

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