Describiendo las olas
- Última actualización
- 30 oct 2022
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Habilidades para Desarrollar
- Describir las propiedades básicas de onda y la resonancia
- Distinguir los 2 tipos de interferencia de onda
- Explicar el significado de las ondas estacionarias
Entender las ondas es fundamental para entender el resto de esta sección, porque estaremos hablando de muchos tipos diferentes de olas. La luz tiene propiedades de onda, y las ondas de electrones estacionarios explican muchas propiedades químicas.
Propiedades Básicas de las Ondas
Probablemente hayas estudiado las olas un poco en una clase anterior. Las olas incluyen ondas sonoras, olas oceánicas y ondas de luz. Probablemente también hayas estudiado ondas sinusoidales y cosenoidales en clase de matemáticas. Aquí se revisarán algunos de estos temas. Una onda se define como “una perturbación periódica que se mueve a través del espacio”. La perturbación podría significar las partes altas y bajas de una ola oceánica, o las partes de alta y baja presión de una onda de sonido, etc. Periódica significa que la perturbación se repite. Como ejemplo, considere una gráfica de y = sin (x). Esto es una ola. En este caso, la amplitud es 1, porque esta es la distancia entre el valor promedio de y y el valor máximo. La longitud de onda es 2π. En ondas no matemáticas, la longitud de onda (abreviada λ) se da en metros. Un ciclo es cuando la onda pasa por una longitud de onda, por lo que termina en la misma parte de la onda donde comenzó. La frecuencia de la onda es el número de ciclos/segundo. Entonces, si miras una posición, verás que la ola sube y baja en ese punto. El tiempo que tarda la ola en pasar por un ciclo en ese punto (de arriba a abajo a la parte superior otra vez) es el periodo. La frecuencia es 1/periodo, (la abreviaremos ν) y generalmente se reporta en Hertz, que es solo s -1. Se puede pensar en ello como ciclos/segundo, pero a veces la gente usa radianes/segundo en su lugar (puede convertir entre estos usando 1 ciclo = 2π radianes). Debido a que la longitud de onda es metros/ciclo y la frecuencia es ciclos/segundo, longitud de onda x frecuencia es metros/segundo o velocidad.
Interferencia de Onda
Esto describe lo que sucede cuando las ondas interactúan entre sí, o se superponen. La mejor manera de ver lo que esto significa es verlo: intente ver el video del experimento Double Slot para ver las ondas interactuando. Básicamente, para encontrar la onda total hecha de varias ondas diferentes, solo se agrega la amplitud en cada punto. Por ejemplo, si la parte alta (amplitud 1, digamos) de una onda se solapa con la parte baja de otra (-2, digamos, esta onda es más grande), el resultado es una onda más pequeña (-1, aquí), llamada interferencia destructiva. Si los 2 picos (partes altas) se superponen, entonces la onda se hace más grande, llamada interferencia constructiva. En el gráfico siguiente, la onda suma tiene grandes picos en regiones de interferencia constructiva, y pequeños picos en regiones de interferencia destructiva.
Ondas Standing
Un tipo importante de onda para nosotros es una onda estacionaria. Las ondas estacionarias están presentes en los instrumentos musicales, y es como el instrumento produce sonido de la frecuencia correcta (o tono, el término utilizado en la música). Las ondas estacionarias no viajan, porque están confinadas en el instrumento. Por ejemplo, en un instrumento de cuerda como una guitarra o un violín, toda la cuerda vibra, pero la ola no viaja porque está atrapada en la cuerda, y la cuerda tiene extremos (donde está unida al instrumento, o sujeta por el dedo del músico). Debido a que los extremos están fijos en su lugar, la amplitud en estos puntos tiene que permanecer cero, pero la amplitud en el medio de la cuerda puede cambiar. Esto limita las longitudes de onda posibles a la cadena. Las propiedades de la cuerda, como su masa/longitud y tensión, determinarán la velocidad, y la frecuencia se determina a partir de la combinación de longitud de onda y velocidad.
¿Qué significa velocity? La onda estacionaria proviene de la onda que viaja por la cuerda, reflejándose en los extremos fijos, invirtiendo la dirección, reflejando de nuevo... cuando la frecuencia/longitud de onda/velocidad coinciden, las reflexiones de onda se refuerzan entre sí, o interfieren constructivamente, lo que se llama resonancia. La resonancia generalmente describe una vibración que se ve reforzada por las propiedades particulares del entorno porque coincide con sus frecuencias naturales. Cuando las ondas con la longitud de onda incorrecta rebotan, provocarán interferencias destructivas consigo mismas. El resultado es que la cuerda puede vibrar fácilmente a sus frecuencias naturales, resonantes, pero realmente no puede vibrar a otras frecuencias porque esas ondas se cancelan a sí mismas. Por ejemplo, un arpa (un instrumento con muchas cuerdas) se reirá contigo, porque algunas de las cuerdas coincidirán con algunas de las frecuencias en tu risa y comenzarán a resonar, creando ondas sonoras en el aire. Aquí hay un video de 1 min de uso de resonancia para romper un vaso. Aquí hay un video increíble que muestra la ubicación de las ondas estacionarias 2-D usando placas de metal y el arco de un violín.
Enlaces externos
- Khan Academy: Introducción a las olas (13 min)
- Amplitud, Periodo, Frecuencia y Longitud de Ondas Periódicas (14 min)
- Tormenta brillante: Interferencia de onda (8 min)
- Veritasio: El experimento original de doble hendidura (8 min)
- Tormenta de luz: Ondas estacionarias (10 min)
Colaboradores y Atribuciones
Emily V Eames (City College of San Francisco)
