29A: Ondas: Características, Tipos, Energía

Considera una cuerda horizontal larga y tensa de gran longitud. Supongamos que un extremo está en la mano de una persona y el otro está fijado a un objeto inmóvil. Ahora supongamos que la persona mueve su mano hacia arriba y hacia abajo. La persona hace que su mano, y su extremo de la cuerda, oscilen hacia arriba y hacia abajo. Para discutir lo que sucede, nosotros, en nuestra mente, consideramos que la cadena consiste en un gran número de segmentos de cadena muy cortos. Es importante tener en cuenta que la fuerza de tensión de un segmento de cuerda ejercida sobre cualquier objeto, incluyendo otro segmento de la cuerda, se dirige lejos del objeto a lo largo del segmento de cuerda que está ejerciendo la fuerza. (La siguiente discusión y diagramas se simplifican intencionalmente en exceso. La discusión da correctamente la idea grosera de cómo las oscilaciones en un extremo de una cuerda tensa pueden hacer que un patrón se mueva a lo largo de la longitud de la cadena a pesar de que los bits individuales de la cadena esencialmente no hacen más que moverse hacia arriba y hacia abajo.

La persona está sosteniendo un extremo del primer segmento. Primero mueve su mano hacia arriba.

Esto inclina el primer segmento de manera que la fuerza de tensión que está ejerciendo sobre el segundo segmento tenga un componente ascendente.

Esto, a su vez, inclina el segundo segmento para que su fuerza de tensión sobre el tercer segmento tenga ahora un componente ascendente. El proceso continúa con el 3er segmento, el 4to segmento, etc.

Después de llegar a la cima de la oscilación, la persona comienza a mover su mano hacia abajo. Ella mueve el extremo izquierdo del primer segmento hacia abajo, pero para este momento, los primeros cuatro segmentos tienen una velocidad ascendente. Debido a su inercia, continúan moviéndose hacia arriba. La tirada hacia abajo del primer segmento en el extremo izquierdo del segundo segmento hace que disminuya la velocidad, venga a descansar,

y eventualmente comenzar a moverse hacia abajo. La inercia juega un papel muy importante en la propagación de las olas. “Propagar” significa “ir” o “viajar”. Las ondas se propagan a través de un medio.

Cada segmento muy corto de la cuerda sufre un movimiento oscilatorio como el de la mano, pero para cualquier sección dada, el movimiento se retrasa con relación al movimiento del segmento vecino que está más cerca de la mano. El efecto neto de todos estos segmentos de cadena que oscilan hacia arriba y hacia abajo, cada uno con la misma frecuencia pero ligeramente fuera de sincronización con su vecino más cercano, es crear una perturbación en la cadena. Sin la perturbación, la cuerda simplemente permanecería en la línea horizontal original. La perturbación se mueve a lo largo de la cuerda, alejándose de la mano. El disturbio se llama onda. Un observador, mirando la cuerda desde un lado ve crestas y depresiones de la perturbación, moviéndose a lo largo de la cuerda, alejándose de la mano. A pesar de las apariencias, ningún material se mueve a lo largo de la longitud de la cuerda, solo una perturbación. La ilusión de que el material real se mueve a lo largo de la cuerda puede explicarse por el tiempo con el que los segmentos individuales se mueven hacia arriba y hacia abajo, cada uno sobre su propia posición de equilibrio, la posición en la que se encontraba antes de que la persona comenzara a hacer olas