Notas para el curso de Física Universitaria 1 ı 79
14. Ondas mecánicas
Introducción
Las ondas son un fenómeno natural común e importante. Las ondas de choque, las ondas en el agua, las ondas de presión
así como las ondas de sonido son ejemplos cotidianos de ondas.
El fenómeno ondulatorio ha sido investigado por siglos, siendo una de las preguntas más controversiales en la historia
de la ciencia, la naturaleza corpuscular u ondulatoria de la luz.
De hecho Isaac Newton utilizó sus conocimientos de las propiedades ondulatorias para reforzar su creencia de que la luz
no podía ser una onda. Su error era originado por su incapacidad de medir las longitudes de onda extremadamente pequeñas
de la luz visible, además de no haber comprendido correctamente los fenómenos de interacción de la luz con la materia.
No fue sino hasta los experimentos de doble rendija realizados por Thomas Young que se modificó el paradigma,
transformándose de un modelo de par tículas a un modelo ondulatorio, mismo modelo que fue apoyado posteriormente por
la descripción matemática de la luz que realizó James Clerk Maxwell.
Sin embargo la teoría ondulatoria electromagnética de Maxwell
,
no explicaba correctamente la radiación del llamado
“cuerpo negro”. No fue sino hasta principios del siglo XX que
Max Planck
introdujo el concepto de “cuanto de luz”, mismo
que tiene una energía proporcional a la frecuencia, y que permitió explicar en forma exitosa la radiación del “cuerpo negro”.
De igual forma
Albert Einstein
consideró una teoría corpuscular de la luz para explicar el efecto fotoeléctrico.
Aproximadamente 20 años después Louis
de Broglie
obtuvo una expresión matemática que compara la longitud de onda de
una onda, con el ímpetu (cantidad de movimiento lineal) de una partícula. En este proceso él dió una explicación confiable de
la suposición de
Bohr
acerca de que los electrones de los átomos sólo podían existir en determinadas órbitas.
Posteriormente, en un refinamiento de esta idea,
Erwin Schródinger
desarrolló el modelo de nubes electrónicas del
átomo. Finalmente la dualidad onda partícula para toda la materia se manifiesta en el llamado ‘Principio de Incer tidumbre”
de Heisenberg y en la hipótesis de
de Broglie.
Características de las ondas
Dentro de los diferentes tipos de ondas que aparecen en la naturaleza, se denominan
ondas mecánicas
aquellas que se
desplazan a través de un medio deformable o elástico, a diferencia de aquellas que no requieren de ningún medio para su
propagación. Formalmente podemos definir las ondas mecánicas como
aquellas que viajan de un lugar a otro a través de un
medio material, originando una perturbación temporal en este medio, sin que el medio a su vez se transporte de un lugar a
otro.
Otro aspecto muy importante que caracteriza a las ondas, es el hecho de que todo movimiento ondulatorio tiene una
energía asociada a él.
Con relación a esto hasta ahora sólo se han visto diferentes formas de energía, que se transpor tan de
Ondas mecánicas
