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Una onda es una perturbación que transporta energía sin mover materia. Se clasifican según cómo y dónde se propagan. Sus propiedades principales, como amplitud, frecuencia y velocidad, describen su comportamiento en distintos medios.
Una onda es una perturbación que se desplaza a través de un medio, o incluso en el vacío, dependiendo de su naturaleza. Su esencia radica en la transmisión de energía desde un punto emisor sin transportar materia de un lugar a otro.
Para poder clasificar una onda, es necesario comprender algunas nociones básicas:
Foco o centro emisor: Es el punto donde se origina la perturbación.
Rayos: Son las direcciones de propagación de la onda.
Frente de ondas: Conjunto de puntos del espacio que se encuentran en el mismo estado de vibración o fase. Si la propagación ocurre en un medio isótropo y homogéneo, los frentes de onda son esféricos.
Las ondas pueden clasificarse en diferentes categorías según su forma de propagación, su necesidad de un medio y las dimensiones involucradas:
Por la dirección de la perturbación respecto al movimiento de propagación:
Ondas transversales: La perturbación ocurre perpendicularmente a la dirección de propagación. Un ejemplo clásico es la luz.
Ondas longitudinales: La perturbación se produce en la misma dirección que el movimiento de propagación, como ocurre con el sonido.
Según la necesidad de un medio de propagación:
Ondas mecánicas: Necesitan un medio material para propagarse, como el agua o el aire.
Ondas electromagnéticas: Pueden propagarse en el vacío, como la luz o las ondas de radio.
En función de las dimensiones de propagación:
Unidimensionales: Se propagan en una sola dirección, como una onda en una cuerda.
Bidimensionales: Se extienden sobre una superficie, como las ondas en un estanque.
Tridimensionales: Se expanden en todas las direcciones, como el sonido en el aire.
Las ondas tienen propiedades específicas que se describen mediante las siguientes magnitudes:
Elongación (
): Es la separación de un punto del medio respecto a una posición que sirve como centro de simetría del movimiento y se considera el lugar de equilibrio en un instante específico. Su valor depende del tiempo y la posición y se mide en metros en el S.I. Su expresión general es de la forma:
Amplitud (
): Representa la máxima desviación del punto perturbado desde su posición de equilibrio, y está relacionada con la energía que transporta la onda. Se mide en metros en el S.I.
Frecuencia angular (
): Es la velocidad con la que un punto realiza oscilaciones, medida en radianes por segundo (
) en el S.I. Se puede calcular como
Período (
): Es el tiempo que tarda un punto en completar un ciclo completo de perturbación. Se mide en segundos en el S.I. y se calcula como
Frecuencia (
): Indica el número de ciclos que se repiten por segundo, siendo inversamente proporcional al período. Se mide en hercios en el S.I. y su expresión es
Longitud de onda (
): Consiste en la distancia entre dos puntos consecutivos que se encuentran en el mismo estado de vibración. Se mide en metros en el S.I. y se puede computar como
Velocidad de propagación (
): Define la rapidez con la que la perturbación se traslada por el medio. Se mide en metros por segundo en el S.I. (
) y se calcula como
Número de ondas (
): Representa la cantidad de ondas completas contenidas en una distancia de 2𝜋 metros. Su unidad en el S.I. es 
y se calcula como
1. La luz visible y el sonido son dos tipos de ondas que observamos comúnmente. Identifica si cada una de las siguientes ondas es transversal o longitudinal, y si son mecánicas o electromagnéticas. Justifica tu respuesta.
Ondas en una cuerda al moverla hacia arriba y hacia abajo.
Ondas de radio transmitidas por una antena.
Ondas sonoras propagándose en el aire.
Rayos X utilizados en radiografías médicas.
Solución
Analicemos cada caso según las clasificaciones de dirección de perturbación y necesidad de medio:
Ondas en una cuerda al moverla hacia arriba y hacia abajo.
La perturbación (movimiento de la cuerda) es perpendicular a la dirección de propagación de la onda (horizontal a lo largo de la cuerda), por lo que es transversal. Además, requiere un medio material (la cuerda) para propagarse, por lo que es mecánica.
Ondas de radio transmitidas por una antena.
Las ondas de radio son campos eléctricos y magnéticos que oscilan perpendicularmente a la dirección de propagación, por lo que es transversal. Además, pueden propagarse en el vacío sin necesidad de un medio material, por lo que son electromagnéticas.
Ondas sonoras propagándose en el aire.
La perturbación (compresiones y rarefacciones del aire) ocurre en la misma dirección que la propagación de la onda, por lo que es longitudinal. Además, requiere un medio material (aire) para propagarse, por lo que es mecánica.
Rayos X utilizados en radiografías médicas.
Los rayos X son ondas electromagnéticas donde los campos eléctricos y magnéticos oscilan perpendicularmente a la dirección de propagación, por lo que es transversal. Además, Pueden propagarse en el vacío sin necesidad de un medio material, por lo que son electromagnéticas.
2. Una onda sonora tiene una velocidad de propagación de 
y una longitud de onda de 
. Calcula la frecuencia y el período de la onda.
Solución
La relación entre velocidad de propagación 𝑣, frecuencia 𝑓 y longitud de onda 𝜆 está dada por:
La frecuencia 𝑓 y el período 𝑇 están relacionados por:
Por lo tanto, la frecuencia es 
y el periodo es 
.
3. Se observa una onda en una cuerda con una amplitud de 
y una frecuencia de 
. La longitud de onda es 
. Calcula la velocidad de propagación 𝑣 de la onda y determina el número de ondas 𝑘.
Solución
La relación entre velocidad de propagación 𝑣, frecuencia 𝑓 y longitud de onda 𝜆 está dada por:
El número de ondas 𝑘 está relacionado con la longitud de onda 𝜆 por la fórmula:
Por lo tanto, la velocidad de propagación de la onda es 
y el número de ondas es 
.