Definición de Onda(Física)

• En física, una onda es una propagación de una perturbación de alguna propiedad de un medio, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético, que se propaga a través del espacio transportando energía.

• El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa como aire, agua, un trozo de metal, el espacio o el vacío.

• En términos físicos: una onda es una perturbación que se propaga en un medio material (por ejemplo una cuerda) o por el vacío (las ondas electromagnéticas).

Ondas

Movimiento de una onda en una cuerda

Tipos de Ondas en la Naturaleza

• En la naturaleza existen todo tipo de ondas:– olas en el mar– ondas acústicas– ondas producidas al estirar la cuerda de un

instrumento como el violín o la guitarra– ondas sísmicas producidas por un terremoto– ondas electromagnéticas

Características de las Ondas• Todas estas ondas, irrespectivo de cómo son

producidas, poseen las siguientes características comunes:

– Al propagarse, las ondas llevan energía de un punto a otro. Por lo tanto, si la onda es modulada, también puede llevar información.

– Las ondas exhiben una velocidad de propagación, la cual puede ser lenta en el caso de las olas del mar o rápida (velocidad de la luz) como las ondas electromagnéticas en el espacio libre.

• Algunas características de una onda:– La posición más alta con respecto a la posición de equilibrio se llama

Cresta.– La posición más baja con respecto a la posición de equilibrio se

llama Valle.– El máximo alejamiento de la onda con respecto a la posición de

equilibrio se llama Amplitud.

Características de las ondas

Cresta

Valle

Amplitud

AmplitudPosición

de equilibrio

• La distancia que hay entre dos crestas o dos valles se llama Longitud de onda.

Características de las ondas

Longitud de onda

• El tiempo transcurrido entre dos ondas consecutivas se llama periodo.

• El número de ondas emitidas en cada segundo se llama frecuencia.

Características de las ondas

La representación matemática clásica de una onda armónica es:

F(t,x) = A Sen 2π(t/τ – x/λ)

en donde λ/τ = v la velocidad de propagación de la onda y f = 1/τ

Animation to demonstrate wavelength, amplitude and frequency

– Tenemos dos tipos de ondas:

• Las ondas transversales.

• Las ondas longitudinales.

Tipos de ondas

• Las ondas transversales son aquellas en donde el movimiento de las partículas que transporta la onda son perpendiculares a la dirección de propagación de la onda. Por ejemplo, al hacer vibrar una cuerda tensa.

Onda transversal

Onda transversal

• Las ondas longitudinales son aquellas en donde el movimiento de las partículas que transporta la onda sucede en la misma dirección de propagación de la onda. Por ejemplo, el sonido.

Onda longitudinal

Onda longitudinal

• La velocidad de propagación de la onda es el producto de su longitud de onda por su frecuencia:

v = λ f • La velocidad de una onda dependerá de las características

del medio en que se propaga.• Si lo hace en un medio como el aire, su velocidad será

entre 330 y 350 m/s (dependiendo de la temperatura del aire).

• En cambio, si lo hace sobre un metal, por ejemplo el acero, su velocidad será de 6.000 m/s.

Velocidad de propagación

Ondas Lineales• Algunas ondas son lineales.

– Esto es, les aplica el principio de superposición. Una onda lineal puede atravesar otra onda y no sufre alteración alguna.

– El total o resultado de dos ondas lineales es la suma de las dos ondas como éstas existirían individualmente.

– Las ondas electromagnéticas son lineales.

– Las ondas acústicas también son lineales. Cuando dos personas hablan, la voz de una persona no interfiere con la de la otra.

Tipos de Ondas (2)

• Por su duración se tienen:

– Ondas transitorias (transient waves) – son producidas por una pequeña perturbación.

– Ondas armónicas continuas (continuous harmonic waves) – son producidas por una fuente que oscila.

Ondas en una dimensión

• Una onda propagándose a través de un medio es en realidad una perturbación autosostenible del medio a través del cual se propaga.

• Si la perturbación varía en función de uno de los ejes de coordenadas, entonces la onda es de una dimensión.

– Nota: En el curso discutiremos ambos tipos de onda, pero nos concentraremos en las ondas armónicas continuas.

Ondas en una dimensión

• Ejemplo de onda de una dimensión: – En la siguiente Figura, el

desplazamiento vertical varía con el tiempo y con la localización a lo largo de la cuerda. Una vez se forma la onda, la perturbación varía en función de la localización a lo largo de la cuerda.

Ondas en dos dimensiones(Circular)

• Una onda de dos dimensiones se propaga a lo largo de una superficie, como una onda en un lago.

• La perturbación varía en función de dos ejes de coordenadas.

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Ondas en dos dimensiones(Circular)

• Note como el patrón de disturbio causado por una roca que ha sido arrojada al agua se propagara como una onda circular.

Onda en tres dimensiones(Planas)

• Una onda tridimensional se propaga a través del volumen y su perturbación es función de los 3 ejes de coordenadas.

Onda en tres dimensiones(Cilíndrica)

Onda en tres dimensiones(Esférica)

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Electromagnetic Spectrum

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13/17

Longitud de onda frecuencia y energía en un fotón:

Una onda electromagnética tiene asociada una energía a una partícula llamada fotón:

donde

es la velocidad de la luz

constante de Planck

hchfE

f

c

smc /103 8

GHzeVsJh /13567.4.10626.6 34

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Frecuencia de operación de varias técnicas de comunicación