Ondas

En la naturaleza encontramos multitud de movimientos ondulatorios u ondas, con características muy diferentes. Cuando hacemos vibrar una cuerda tensa, la oscilación que producimos se extiende a lo largo de toda la cuerda, repitiéndose en cada punto de ella el movimiento inicial. Las olas en la superficie de un líquido son otro ejemplo típico de onda; también lo son la propagación de las vibraciones de una membrana, como la de un tambor, o de una cuerda, como la de una guitarra.
Ondas 1

En las ondas materiales, producidas por la vibración de una cuerda o del sonido, la oscilación de partículas en una región del espacio se transmite a otras regiones debido a las propiedades elásticas del medio de transmisión. En las ondas electromagnéticas, como la luz, lo que se transmite de un punto a otro son las oscilaciones de los campos eléctrico y magnético. Estos ejemplos prueban que los fenómenos ondulatorios abarcan situaciones muy distintas entre sí, pero que, no obstante, tienen algo en común que nos permite identificar dichos fenómenos bajo el concepto de onda. Una definición que engloba a los distintos tipos de ondas es la siguiente:

Una onda es toda perturbación física que transmite energía y momento lineal, pero no materia.

En las ondas materiales, las partículas no se propagan, sino que oscilan alrededor de sus posiciones de equilibrio. Sólo se propaga la perturbación, que en este caso consiste en el hecho de que las partículas oscilen y que supone un transporte de energía. En las ondas electromagnéticas, los campos eléctrico y magnético llevan consigo una energía, pero no materia.
Ondas 2

La definición anterior de onda no es estrictamente cierta desde el punto de vista de la Física actual. Según la teoría de la relatividad, energía y materia son equivalentes, por lo que no tiene sentido hablar de transporte energético, pero no material. Además, según la Física cuántica, cada partícula lleva asociada una onda. Estas ondas sí que transportan materia. Desde esta perspectiva, la única definición posible de onda es que éstas corresponden a las soluciones de la ecuación diferencial de segundo grado denominada ecuación de ondas

Al contrario que las partículas, las ondas son entidades extendidas, es decir, que por su propia naturaleza necesitan un espacio físico de propagación y no pueden restringirse a un punto. La perturbación que se transmite está descrita por una función de la posición y del tiempo f(x, t). Todas las funciones de las distintas ondas satisfacen la denominada ecuación de ondas, que en el caso unidimensional es:

Ondas 3

en donde δ/δx y δ/δt denotan derivadas parciales con respecto a la posición y al tiempo, respectivamente; v es la velocidad de las ondas consideradas en ei medio concreto en que se propaguen, y más adelante veremos lo que vale en los casos más importantes. A partir de las leyes de Newton se deduce que las ondas mecánicas satisfacen la ecuación de ondas y se obtiene, además, su velocidad. A partir de las ecuaciones de Maxwell se deduce que las ondas electromagnéticas verifican la ecuación de ondas y también se obtiene su velocidad.

Las propiedades comunes de las ondas emanan del hecho de que todas ellas satisfacen una misma ecuación: la ecuación de ondas. En el capítulo siguiente estudiaremos los fenómenos característicos de las ondas, entre los que destacan la interferencia y la difracción.


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