Generalidades de las ondas, Esquemas y mapas conceptuales de Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente

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TICA – Curso 2016

¿Qué es una onda? Cuando pensamos en la palabra "onda" normalmente imaginamos a alguien que mueve su mano hacia atrás y hacia delante para decir hola o tal vez en una ola en movimiento en el océano que se estrella en la playa. En física, una onda es una perturbación itinerante que viaja por el espacio y la materia transfiriendo energía de un lugar a otro. Al estudiar las ondas es importante recordar que transfieren energía, no materia. Ondas en la vida cotidiana Hay muchas ondas que nos rodean en la vida cotidiana. El sonido es un tipo de onda que se mueve a través de la materia y luego hace vibrar nuestros tímpanos para que podamos oír. La luz es un tipo especial de onda que se compone de fotones que nos ayuda a ver. Se puede tirar una piedra en un estanque y ver la forma ondas en el agua. Incluso utilizamos ondas (microondas) para cocinar nuestra comida rápidamente.

Ondas transversales y ondas longitudinales Otra manera de describir una onda es por la dirección en que viaja su perturbación. Las ondas transversales son ondas donde la perturbación se mueve perpendicular a la dirección de la onda. Se puede pensar en una onda moviéndose de izquierda a derecha, mientras que la perturbación se mueve hacia arriba y hacia abajo. Un ejemplo de una onda transversal es una onda en el agua, donde el agua se mueve hacia arriba y hacia abajo a medida que la onda pasa a través del océano. Otros ejemplos incluyen una cadena oscilante y una ola de fanáticos en un estadio (las personas se mueven arriba y abajo mientras que la onda se mueve alrededor del estadio). Las ondas longitudinales son ondas donde la perturbación se mueve en la misma dirección que la onda. Un ejemplo de esto es una onda en movimiento a través de un resorte extendido. Si comprime una parte del resorte y se lo suelta, la ola se moverá de izquierda a derecha. Al mismo tiempo, la perturbación (que está en las bobinas del muelle en movimiento), también se mueve de izquierda a derecha. Otro ejemplo clásico de una onda longitudinal es el sonido. Como las ondas sonoras se propagan a través de un medio, las moléculas chocan entre sí en la misma dirección en que el sonido se está moviendo.

En la imagen de arriba la onda superior es transversal y la inferior es longitudinal.

Hay muchas propiedades que los científicos usan para describir las ondas. Incluyen la amplitud , frecuencia, periodo, longitud de onda, velocidad y la fase. Cada una de estas propiedades se describe con más detalle a continuación. Graficando una onda Al dibujar una onda en un gráfico, aparece como una instantánea en el tiempo. El eje vertical es la amplitud de la onda mientras que el eje horizontal puede ser o bien la distancia o el tiempo En esta imagen se puede ver que el punto más alto de la gráfica de la onda se llama la cresta y el punto más bajo se llama el valle o seno. La línea a través del centro de la onda es la posición de reposo cuando no hay una onda que pase. Podemos determinar una serie de propiedades ondulatorias a partir de la gráfica.

Amplitud La amplitud de una onda es una medida del desplazamiento de la onda a partir de su posición de reposo. La amplitud se muestra en el gráfico siguiente La amplitud se calcula generalmente en una gráfica de la onda midiendo la altura desde la posición de reposo. La amplitud es una medida de la fuerza o i ntensidad de la onda. Por ejemplo, en una onda de sonido la amplitud medirá el volumen del sonido. La energía de la onda también varía en proporción directa a la amplitud de la onda.

Velocidad o rapidez de una onda Otra propiedad importante de una onda es la velocidad de propagación. Esta es la rapidez con que la perturbación ondosa se está moviendo. La velocidad de las ondas mecánicas depende del medio que la onda está atravesando. Por ejemplo, el sonido viajará a una velocidad diferente en el agua que en el aire. La velocidad de una onda se suele representar por la letra “c". La velocidad se puede calcular multiplicando la frecuencia por la longitud de onda. velocidad = Frecuencia * Longitud de onda o c = f. λ

Cuando las ondas se encuentran con nuevos medios, barreras, u otras ondas pueden comportarse de diferentes maneras. La física de estos comportamientos se describe utilizando algunos de los términos siguientes. Reflexión La palabra "reflejo" o “reflexión”se utiliza en la vida cotidiana para describir lo que vemos en un espejo o en la superficie del agua. En física, un reflejo es cuando una onda se encuentra con un nuevo medio que actúa como una barrera, causando que la ola vuelva al medio original. La ola se "refleja" fuera de la barrera en un ángulo que es igual al ángulo incidente de la onda que golpea la barrera (ver más abajo). Comportamiento de las ondas

Difracción La difracción se produce cuando una onda permanece en el mismo medio, pero se desvía alrededor de un obstáculo. Esto puede ocurrir cuando la onda se encuentra con un pequeño objeto en su trayectoria o cuando la onda es forzada a través de una pequeña abertura. Un ejemplo de la difracción aparecen en las ondas en el agua que siguen a un barco. Las olas detrás del barco se difractan o desvían. La difracción de la luz se puede ver en el borde brillante difuso alrededor de las nubes (“silver lining”), así como en los patrones de luz en la superficie de un disco compacto. Un ejemplo de una onda difractada que pasa a través de una pequeña abertura

En esta imagen la onda de luz no polarizada viaja a través del filtro y después se polariza a lo largo de un único plano. Polarización La polarización ocurre cuando una onda oscila en una dirección particular. Las ondas de luz a menudo se polarizan usando un filtro polarizador. Sólo las ondas transversales pueden ser polarizadas. Las ondas longitudinales, como el sonido, no pueden ser polarizadas porque siempre viajan en la misma dirección de la onda.

Interferencia Se denomina interferencia cuando una onda entra en contacto e interactúa con otra onda. Cuando las ondas se encuentran la onda resultante tendrá la amplitud de la suma de las dos ondas que interfieren. Dependiendo de la fase de las ondas la interferencia puede ser constructiva o destructiva. Si la onda resultante tiene una amplitud mayor que las ondas de interferencia, de denomina interferencia constructiva. Si tiene una amplitud menor se llama interferencia destructiva.

Tipos de Ondas Electromagnéticas Las ondas electromagnéticas son una forma de ondas de energía que tienen tanto un campo eléctrico como magnético. Las ondas electromagnéticas son diferentes de ondas mecánicas en que pueden transmitir energía y viajar a través del vacío. Las ondas electromagnéticas se clasifican según su frecuencia. Los diferentes tipos de ondas tienen diferentes usos y funciones en nuestra vida cotidiana. El más importante de ellos es la luz visible , lo que nos permite ver.

Ondas de radio Las ondas de radio tienen las longitudes de onda más largas de las todas las ondas electromagnéticas. Éstos van desde alrededor de centímetros de largo hasta cientos de kilómetros. Las ondas de radio se utilizan a menudo para transmitir datos y se han utilizado para todo tipo de aplicaciones, incluyendo radio, satélites, radar, y redes de ordenadores. Microondas Las microondas son más cortas que las ondas de radio con longitudes de onda medidas en centímetros. Utilizamos microondas para cocinar los alimentos, la transmisión de información, como en el radar que nos ayuda a predecir el tiempo. Las microondas son útiles en la comunicación, ya que pueden penetrar las nubes, el humo y la lluvia ligera. El universo está lleno de microondas cósmicas de la radiación de fondo que los científicos creen que son pistas sobre el origen del universo que ellos llaman el “Big Bang”.

Infrarrojo Entre las microondas y la luz visible aparecen las ondas infrarrojas. Las ondas en el infrarrojo se clasifican a veces como "cercanas" y "lejanas". Las ondas del infrarrojo cercano son las que se acercan más a la longitud de onda de la luz visible. Estas ondas infrarrojas se utilizan en el control remoto del televisor para cambiar de canal. Las ondas en el infrarrojo lejano tienen su longitud de onda más alejada de la luz visible, son térmicas y desprenden calor. Cualquier cosa que emite calor irradia ondas infrarrojas. ¡Esto incluye el cuerpo humano! La luz visible El espectro de luz visible abarca las longitudes de onda que pueden ser vistas por el ojo humano. Es un rango de longitudes de onda que va de 390 a 700 nm (

• m
• mil millonésima parte de un metro) o 0.39 a 0.7 micras (μm), correspondiendo a las frecuencias de 430 a 790 THz ( 12 Hercios). Ultravioleta Las ondas ultravioleta tienen la longitud de onda más corta después de la luz visible. Los rayos ultravioletas son los que causan las quemaduras del sol. Estamos protegidos de los rayos ultravioletas del sol por la capa de ozono. Algunos insectos, como los abejorros, pueden ver la luz ultravioleta. La luz ultravioleta se utiliza en poderosos telescopios, como el Telescopio Espacial Hubble, para ver estrellas muy lejanas.