CONCLUSIONES SOBRE REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN

La reflexión de las ondas consiste en el cambio de dirección del frente de ondas cuando encuentra un obstáculo.

La refracción consiste en el cambio en la velocidad de propagación y en la dirección que se produce cuando un movimiento ondulatorio cambia de medio.   

Estos fenómenos respetan las siguientes normas: 

	En la reflexión, la dirección del frente de onda incidente I, forma con la normal N a la superficie del obstáculo un ángulo igual al que forma N con el frente reflejado R.
	En la refracción, al cambiar de medio, la dirección del frente incidente I se desvía de forma que, si la velocidad de las ondas en el segundo medio es menor que en el primero la dirección del frente refractado Rse acerca a la normal N. Si la velocidad de propagación fuera mayor en el segundo medio, R se alejaría de la normal N.

LA REFRACCIÓN DE LAS ONDAS

Cuando un movimiento ondulatorio pasa de un medio de propagación a otro, es corriente que se modifique su rapidez y su dirección. Se trata del fenómeno conocido como refracción. Esta es, por ejemplo, la causa de que los peces nos parezcan más grandes dentro de un acuario que cuando los sacamos de él.

Aunque todos los movimientos ondulatorios pueden verse sometidos a la refracción, nosotros analizaremos como ejemplo, el caso de un frente de onda sobre un estanque cuando las aguas pasan de una zona de aguas someras a otra más profunda o viceversa.

En nuestro ejemplo podremos variar la dirección del frente, arrastrando con el ratón el extremo de la flecha que la señala. También podremos alterar la relación entre la velocidad en el segundo medio y en el primero. Una velocidad relativa 1 significa que la rapidez es idéntica en los dos medios; si la velocidad relativa es 2, la velocidad en el segundo medio será doble que en el primero...etc.

También podemos variar la rapidez general de la simulación, para adaptarla a las características de nuestro ordenador.

LA REFLEXIÓN DE LAS ONDAS

Cuando un movimiento ondulatorio encuentra un obstáculo a su propagación, los frentes de onda cambian de dirección, se reflejan. 

Para estudiar este fenómeno, imaginaremos que un frente de ondas avanza por la superficie de un estanque hacia su límite, formado por una pared vertical. Si esta pared no absorbe la energía que transporta la onda, ¿hacia donde se dirigirá esta tras la colisión?

En la escena que te proponemos para investigar la reflexión, puedes variar la dirección del frente de ondas arrastrando con el ratón el extremo de la flecha que la indica.

FENÓMENOS ONDULATORIOS

La antena de la emisora emite las ondas electromagnéticas que tu aparato de radio convierte en ondas sonoras.

Los fenómenos ondulatorios son parte importante del mundo que nos rodea. A través de ondas nos llegan los sonidos, como ondas percibimos la luz; se puede decir que a través de ondas recibimos casi toda la información que poseemos.  A partir del análisis de fenómenos ondulatorios tan sencillos como las olas que se extienden por una charca o las sacudidas que se propagan por una cuerda tensa trataremos de estudiar las características generales de todos los movimientos ondulatorios. El botón avanzar te llevará a conocer de forma concreta los objetivos de la unidad.

ECUACIÓN DE ONDA

La ecuación de onda es una importante ecuación en derivadas parciales que describe una variedad de ondas, como las ondas sonoras, las ondas de luz y las ondas de agua. Es importante en varios campos como la acústica, el electromagnetismo y la dinámica de fluidos. Históricamente, el problema de una cuerda vibrante como lo es en algunos instrumentos musicales fue estudiado por Jean le Rond d'Alembert, Leonhard Euler, Daniel Liberarnos y Joseph-Louis Lagrange.

TIPOS Y CLASIFICACIÓN DE ONDAS

Podemos clasificar el amplio catálogo de ondas existentes en función de:

Según el medio por el cual se propagan:

• Electromagnéticas - Son aquellas que se propagan a través del vacio, por ejemplo la luz, las ondas de radio, microondas o los infrarrojos son ejemplos de ondas electromagnéticas
• Mecánicas - Son aquellas que necesitan de un medio solido, líquido o gaseoso para poder propagarse, por ejemplo el sonido se propaga a través del aire, las ondas sísmicas se propagan a través de la corteza terrestre y las olas se propagan a través del agua del mar.
• Gravitacionales - Este tipo de ondas no se desplazan por ningún medio dado a que son el resultado de la deformación espacio-tiempo según la teoría relativista de Einstein.

Según la dirección de propagación:

• Transversales - Son aquellas que se propagan en dirección vertical o perpendicularmente a la perturbación inicial.
• Longitudinales - Son aquellas que se propagan en dirección horizontal o paralelamente a la perturbación inicial.

Según el plano de vibración:

• Unidimensionales - Son aquellas que se propagan en una sola dimensión del espacio, por ejemplo la onda resultante al estirar de una cuerda.
• Bidimensionales - Son aquellas que se propagan en 2 dimensiones del espacio, por ejemplo las ondas que se producen al dejar caer una gota sobre un vaso de agua.
• Tridimensionales - Son aquellas que se propagan en las 3 dimensiones del espacio, por ejemplo las ondas sonoras de un relámpago.

Ahora que ya conoces le concepto de onda, ¿sabías que los murciélagos utilizan un biosonar basado en ondas sonoras por el cual emiten sonidos a alta frecuencia para orientarse?

CARACTERÍSTICAS DE UNA ONDA

Todas las ondas de la naturaleza disponen de una serie de características o parámetros propios, el conocimiento de dichos parámetros nos permitirá conocer y predecir el comportamiento de la onda:

• Amplitud (A) - Representa la distancia existente entre el punto más alto conocido como cresta y el eje horizontal de la onda, la amplitud está directamente ligado con la intensidad, de tal forma que a mayor amplitud de una onda sonora mayor será la intensidad o los decibelios, a mayor amplitud de una onda sísmica mayor será la energía transportada.
• Longitud de onda (λ) - Representa la distancia entre 2 crestas o valles de una onda, dicho parámetro está inversamente ligado con la energía que transporta la onda, a menor longitud mayor energía y a mayor longitud menor es la energía asociada.
• Frecuencia (F) - Representa el número de oscilaciones que ha realizado la onda en un periodo establecido de tiempo.
• Periodo (T) - Representa al tiempo necesario para que una onda complete una oscilación.
• Velocidad de propagación - Es la distancia que recorre la onda por unidad de tiempo y su valor depende de las propiedades del medio a que atraviesa como densidad, temperatura, presión...

Por último la función de onda es la representación matemática por medio de la cual podemos calcular y conocer todas las propiedades y características de las ondas así como las posiciones y movimientos de cada una de las partículas del medio en instantes específicos durante la propagación.

El estudio de todos estos parámetros nos ha permitido conocer y profundizar sobre este fenómeno físico permitiendo el desarrollo de las telecomunicaciones inalámbricas como la telefonía móvil, la radio, la televisión o el GPS, por otro lado utilizamos las ondas como la base fundamental para la creación de diversos instrumentos como el sónar que ayudan a los barcos a navegar sin peligro, máquinas de ultrasonidos utilizados para la realización de ecografías en el área médica o en detectores de velocidad utilizados en los radares.

QUÉ ES ONDA?

Una onda se define como el fenómeno ondulatorio y físico por medio del cual se propaga energía sin materia de un punto a otro del espacio a través de algún medio sólido, líquido, gaseoso o a través del vacio. Terremotos, el sonido de una guitarra, la luz que nos llega del sol o las olas del mar son fenómenos naturales en donde las ondas desempeñan un papel fundamental.

Para que se produzca una onda es imprescindible y necesario que ocurra una perturbación al sistema, es decir es necesario que se produzca una variación de alguna propiedad física del sistema como la presión, la temperatura, la densidad... la cual produce la vibración inicial que se transmite a lo largo de una región del espacio en forma de energía.

Imaginemos que tenemos una cuerda anclada a un punto, si desde el otro extremo tiramos con firmeza de la cuerda estamos produciendo una perturbación o impulso que hace vibrar el extremo de la cuerda inicial, propagándose dicha vibración hasta el otro extremo anclado, en este ejemplo podemos apreciar como la perturbación ha creado la vibración que se ha transmitido por la cuerda en forma de energía.

Cuando lanzamos una piedra a un estanque observamos como el impacto inicial produce una seri de ondas alrededor, en este ejemplo la perturbación inicial ha sido el impacto de la piedra el cual se ha propagado a través del agua de una región a otra del estanque.

IMÁGENES DE MOVIMIENTO ONDULATORIO

CLASES DE ONDAS

PERIÓDICAS: Cuando producen una fuente de vibra periódicamente y transmite frentes de ondas en sucesivas perturbaciones.

NO PERIÓDICAS: Cuando son perturbaciones o frente de onda aislado.

LONGITUDINALES: Si el desplazamiento de las partículas del medio es paralelo a la dirección de traslación de la energía (como el sonido).

TRANSVERSALES: Si la onda va asociada a desplazamientos perpendiculares a la dirección de propagación de las energía (como las ondas electromagnéticas).

PROGRESIVAS O VIAJERAS: Transportan energía y cantidad de movimiento desde el origen a otros puntos del entorno.

ESTACIONARIAS: No transmiten energía pero si intercambian energía cinética y potencial en sus elongaciones.

QUE ES EL MOVIMIENTO ONDULATORIO

Los movimientos ondulatorios (o onda) son, fundamentalmente, de dos clases: mecánicas y electromagnéticas. Las onda mecánicas necesitan un medio material para propasarse; las electromagnéticas no, se propagan también por el vació.

Podemos observar ejemplos de movimiento ondulatorio en la vida diaria: el sonido producido en la laringe de los animales y de los hombres que permite la comunicación entre los individuos de la misma especie, las ondas producidas cuando se lanza una piedra a un estanque, las ondas electromagnéticas producidas por emisoras de radio y televisión, etc.