Ondas

En física se define como onda a una perturbación en el espacio que se propaga transportando energía y con esta alguna otra propiedad, sin que esto implique transporte de masa. Esta propagación se puede dar en un medio material, por ejemplo en el aire o en el agua, como también en el vacío; la propagación de luz es un ejemplo de esto.

Los fenómenos ondulatorios, aquellos cuyo comportamiento pueden describirse por medio de ondas, poseen distintas naturalezas, sin embargo todos pueden describirse en los mismos términos. Otra particularidad de esto es que, por más de que puedan describirse de forma similar, las propiedades que estas propagan son diferentes, ya que cada fenómeno transporta un tipo de energía distinto.

Características

Para describir una onda, se deben reconocer ciertas características de estas y de su comportamiento, con la finalidad de poder estudiarlas adecuadamente. Las características que se deben identificar son las que se citan a continuación:

• Posición de equilibrio: Es el punto alrededor del cual se da la oscilación.
• Amplitud: La altura máxima que alcanza la onda con respecto al punto de equilibrio.
• Cresta: Es el punto más elevado de la onda con respecto al punto de equilibrio. A diferencia de la amplitud, la cresta necesita de más información para ser descrita; la amplitud es un simple número (altura), mientras que la cresta es un punto en la onda.
• Valle: Es la zona más baja de la onda con respecto al punto de equilibrio, o dicho de otra forma; la antítesis de la cresta.
• Longitud de onda: Es la distancia entre dos crestas.
• Periodo: Tiempo que le toma a la onda terminar un ciclo, esto es: partir de un punto y volver al mismo.
• Frecuencia: Cantidad de ciclos que se dan en un segundo. Su unidad de medida es el Hertz.
• Velocidad de propagación: Es la velocidad a la que se propaga la onda. Matemáticamente se calcula multiplicando la longitud de onda con la frecuencia.

Tipos

Una forma de caracterizar los distintos fenómenos ondulatorios es considerando la forma de propagación. Con esta caracterización pueden clasificarse las ondas en distintos tipos:

Por la dirección en la que se propagan

• Longitudinales: Son aquellas ondas cuya perturbación se da en el mismo sentido que la de su propagación.
  
• Transversales: Se trata de ondas cuya perturbación se da de forma perpendicular a la dirección de la propagación.

Por el medio de propagación

• Ondas mecánicas: Son aquellas que se propagan a través de un medio material, pudiendo ser este sólido, líquido o gaseoso. Entre los ejemplos de este tipo de ondas está el sonido, que se propaga a partir de una perturbación del campo de presión en el aire.
• Ondas electromagnéticas: Son ondas donde las oscilaciones de campos eléctricos y magnéticos variables se encuentran sincronizadas. Las ondas son generadas por una fuente de campo electromagnético, y a diferencia de las ondas mecánicas, no necesitan un medio material para propagarse. En el vacío, estas ondas se propagan a la velocidad de la luz; unos 300 000 Km por segundo.
• Ondas gravitacionales: Las ondulaciones en el espacio-tiempo son generadas por estas ondas que viajan a la velocidad de la luz, contrayendo y estirando a los cuerpos que encuentren durante su propagación. Estas son causadas por grandes estrellas o agujeros negros que orbitan entre sí, donde en el segundo caso, los agujeros negros se fusionan.

Por dimensión de su propagación

• Ondas unidimensionales: Son aquellas cuya perturbación se manifiesta en una única dimensión. Un ejemplo de esto es la onda sinusoidal que pude dibujarse al sacudir una cuerda, o la perturbación que sufren las cuerdas de una guitarra.
• Ondas bidimensionales: Este tipo de ondas se propagan en dos direcciones al mismo tiempo. Debido a esto pueden ser esquematizados como segmentos circulares, igual a las perturbaciones que se observan en una superficie de agua lisa luego de arrojar una piedra.
• Ondas tridimensionales o esféricas: Son aquellas que se propagan en el espacio en todas las direcciones. Como ejemplo se pueden tomar el sonido, que se propaga desde la fuente hacia todas las direcciones.

Por su periodicidad

• Ondas periódicas: Se denominan de esta forma a las ondas que surgen de perturbaciones emitidas en intervalos de tiempo iguales, donde cada perturbación es idéntica a la anterior.
• Ondas no periódicas: Son pulsos que se emiten de forma irregular y sin mostrar ninguna periodicidad. En caso de que los pulsos sean emitidos de forma continua, cada pulso es distinto y no es posible encontrar un patrón entre ellos.

Formas de propagación

En el caso de las ondas mecánicas, su propagación se esquematiza tomando un modelo donde las partículas que componen un medio se encuentran enlazadas con resortes. Cuando una partícula recibe un impulso, esta gana energía y en consecuencia obtiene movimiento. Este movimiento afecta a las partículas vecinas, y estas últimas a las suyas. De esta forma la perturbación va propagándose por todo el medio.

En el caso de las ondas electromagnéticas, el proceso es un poco más complejo. Una fuente de campo electromagnético irradia energía en todas las direcciones, de aquí las ondas electromagnéticas se encargan de transportar esta energía. Este transporte de energía es posible gracias a la presencia de unas partículas llamadas fotones: partículas sin masa que viajan a la velocidad de la luz en el vacío.

Aplicaciones

El estudio de las ondas ha permitido no solo el entendimiento de aquellos fenómenos que explícitamente presentan un comportamiento ondulatorio, sino que también se ha conseguido sacar provecho de aquellos que pueden describirse como ondulatorios por su carácter periódico. Este entendimiento ha resultado en avances en ciencia y tecnología, en gran parte, responsables de la calidad de vida actual.

• Electricidad: La energía eléctrica que lleva a las industrias y domicilios es distribuida con corriente alterna, donde la corriente eléctrica varía en magnitud y sentido, derivando en un comportamiento oscilatorio debido al movimiento cíclico de las cargas que componen la red eléctrica.
• Señales inalámbricas: Las señales de radio, televisión, telefonía e inclusive los dispositivos con tecnología Bluetooth se sirven de la emisión y recepción de ondas electromagnéticas. Cada señal posee una configuración específica que permite al receptor distinguir una señal de otra.
• Ciencias naturales: Varios fenómenos naturales son descritos en términos de ondas como sismos, que son vibraciones de la superficie terrestre que se dan por el movimiento de las placas tectónicas, o fenómenos en la atmósfera, como la oscilación de Madden-Julian o ciertas configuraciones como las ondas de Rossby que se dan en la atmósfera de latitudes medias-altas.