Fisica General Burbano

CAPÍTULO XVII
ONDAS*
XVII – 1. Movimientos ondulatorios
A) ECUACIÓN DE ONDAS
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El MOVIMIENTO ONDULATORIO estudia la propagación de una perturbación a través del espacio.
Decimos que un medio está perturbado o que está oscilando cuando una propiedad física de él (la
presión, la densidad, la temperatura, su geometría) varía con el tiempo.
Por ejemplo, si en un punto de la superficie de un líquido se produce una perturbación dejando
caer una piedra, esta perturbación se propaga en todas las direcciones por la superficie del líquido.
Una perturbación puede estar constituida por un solo PULSO aislado (por ejemplo: una onda
explosiva o «boom» sónico) o si la acción perturbadora continúa periódica, definida o indefinidamente,
la oscilación transporte recibe el nombre de TREN DE ONDAS FINITO O INDEFINIDO respectivamente.
Para que al producir en un punto una variación del valor de una magnitud física y esta variación
alcance a otro punto, el espacio entre ambos deberá ser capaz de soportar un campo variable
con el tiempo de dicha magnitud física. En tales condiciones decimos que existe una ONDA ASOCIA-
DA al campo considerado.
En este capítulo estudiaremos fundamentalmente la «onda asociada» a medios deformables o
elásticos (ejemplos: las deformaciones en una cuerda, las ondas de sonido, ondas en el agua, ...),
desplazándose a través de este medio; a estas ondas las denominaremos ONDAS MECÁNICAS. Existen
ondas que para transmitirse no necesitan un medio material, tales son las ONDAS ELECTROMAGNÉTI-
CAS que estudiaremos en el capítulo XXIII.
En un movimiento ondulatorio las partículas que constituyen el medio no se propagan con la
perturbación sino que se limitan a transmitirla, para lo cual vibran alrededor de su posición de
equilibrio. Por lo tanto:
«Existe un transporte de energía pero no de materia».
Analizando los medios de transporte de energía, podríamos englobarlos en dos procedimientos:
el primero consiste en el paso de materia de un punto a otro; el segundo, que es el que nos
ocupa, será el paso de la energía a través de un medio continuo al que pertenecen ambos puntos,
para lo cual, se ha de producir una perturbación o pulso en el primero, que viaje durante un cierto
tiempo hasta llegar al segundo con un determinada VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN DE LA ONDA, que
como veremos, estará caracterizada por la naturaleza de la perturbación y por la propiedades físicas
del medio.
Un medio es NO ABSORBENTE (ELÁSTICO) cuando después de someterlo a una perturbación
recupera su forma y tamaño sin disipación de energía, propagándose en él la onda sin sufrir
«absorción» de la energía que transporta. Sin embargo, si el medio almacena o disipa (en forma
de calor, deformación, ...) parte o toda la energía de la onda diremos que es ABSORBENTE (o
INELÁSTICO).
Si las ondas de la misma naturaleza se propagan en el medio con la misma velocidad, independientemente
de su longitud de onda, diremos que el medio es NO DISPERSIVO (por ejemplo sonidos
graves y agudos viajando en el aire a la misma velocidad); en caso contrario el medio es DIS-
PERSIVO, produciéndose dispersión normal si la velocidad aumenta con la longitud de onda y dispersión
anómala si disminuye.
En un medio extenso isótropo, las ondas producidas por un «foco» o «fuente», se propagan
alejándose de dicho punto de forma radial (Fig. XVII-1 a y b); para distancias al foco que sean
grandes comparadas con la longitud de onda de la perturbación, podemos considerar planos a los
frentes de onda, (Fig. XVII-1 c), y las partículas contenidas en un plano perpendicular a la dirección
de propagación de la onda estarán en idénticas condiciones de movimiento, o lo que es lo
mismo «se encuentran en fase».
SUPERFICIE DE ONDA o FRENTE DE ONDA es una superficie cuyos puntos han comenzado a vibrar
en el mismo instante y, por lo tanto, están todos en la misma fase de vibración.
Fig. XVII-1.– Frentes de onda.
* Para estudiar y comprender este tema es imprescindible repasar los párrafos III-16 al 20, IV-8 al 12, VI-6 al 10 y VII-25
al 29, todos ellos referentes al movimiento vibratorio.