Clasificación de las ondas

Óptica. Ondas mecánicas, electromagnéticas, longitudinales, transversales. Amplitud, frecuencia. Huygens. Fresnel. Reflexión y refracción

  • Enviado por: Antonio Ruiz Ortín
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 5 páginas

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CLASIFICACIÓN DE LAS ONDAS

- Atendiendo a su naturaleza:

Ondas mecánicas: requieren un medio material para propagarse, no se propagan en el vacío (son las que se propagan en una cuerda, en la superficie del agua, en el sonido, etc.)

Ondas electromagnéticas: no requieren un medio material para desplazarse. Se propagan en el vacío (RX, UV, IR, luz visible,...)

- Si asociamos una función de onda ð para describir formalmente una onda, según ð dependa de una, dos o tres coordenadas hablaremos de una, dos o tres dimensiones.

- Otra clasificación es atendiendo a su dependencia temporal. Destacan en este sentido las denominadas ondas armónicas, que son las que tienen una dependencia armónica o sinusoidal con el tiempo, y ondas con dependencia temporales de carácter más general.

- Otra subdivisión es la de ondas transversales y longitudinales según que la perturbación consista en una variación perpendicular o longitudinal a la dirección de propagación:

Ondas transversales: serían las electromagnéticas o las generadas en una cuerda.

Ondas longitudinales: serían el sonido y en general todas las que se propagan en medios fluidos.

- Teniendo en cuenta la dualidad onda-corpúsculo y el comportamiento simétrico de la naturaleza, puede pensarse que la materia exhiba esa dualidad

De Broglie estableció que las ondas asociadas a la materia debían estar gobernadas por las mismas ecuaciones que en el caso de la luz. V=E/h y ð=h/p (p= momento lineal; E= energía de la partícula). La longitud de onda de las ondas solo será relevante para valores de p, del orden de h.

AMPLITUD, LONGITUD DE ONDA, FRECUENCIA Y PERIODO DE UNA ONDA

- Movimiento ondulatorio es la propagación de un movimiento vibratorio en un medio elástico.

- Amplitud es la máxima separación de la posición de equilibrio. A= elongación máxima.

- Longitud de onda, ð, es la distancia que separa dos puntos consecutivos que tienen igual fase. Dos puntos tienen igual fase si tienen el mismo estado de vibración y la misma separación relativa.

- Periodo, T, es el tiempo que tarda la vibración que se propaga en recorrer un espacio igual a la longitud de onda. Coincide con el tiempo que tarda el punto vibrante en realizar una oscilación completa.

- Frecuencia, ð, es el número de ondas que se propagan en un segundo. Este número coincide con el de vibraciones completas realizadas por segundo.

PRINCIPIO DE HUYGENS

El principio de Huygens proporciona un método geométrico para encontrar, partiendo de la forma conocida de un frente de onda en un cierto instante, la forma que tendría en otro instante posterior.

El principio establece que cada punto de un frente de ondas puede considerarse como manantial de pequeñas ondas secundarias, que se propagan en todas direcciones desde sus centros con la misma velocidad de propagación de la onda. El nuevo frente de onda se encuentra, entonces, construyendo una superficie tangente a las ondas secundarias; o sea, es la envolvente de estas ondas secundarias.

El frente de onda inicial es SS. Para encontrar la forma del frente de onda al cabo de cierto tiempo t, se constituye cierto número de circunferencias de radio r= vt, cuyo centro se encuentra sobre S-S'. La envolvente de estas ondas secundarias es la curva S' S', que es el nuevo frente de ondas.

La ausencia de una onda hacia atrás la explica Fresnel postulando el carácter inactivo de las mismas: las ondas secundarias solo son activas en los puntos de tangencia con las envolventes, debido a que en los otros puntos las interferencias entre ellas son totalmente destructivas.

La representación es válida para las ondas mecánicas, pero en cambio carece de significado físico para las ondas electromagnéticas, que se propagan en el vacío, donde no hay soporte material que permita la aplicación del principio de Huygens.

REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN

Cuando una onda incide sobre una superficie que separa medios distintos, por lo que la velocidad de la onda es diferente en cada uno, se originan dos ondas: una que retrocede hacia el medio del cual procede (onda reflejada), y otra que se propaga en el segundo medio (onda refractada).

Se cumplen las siguientes leyes experimentales:

  • Los rayos incidente, reflejado y refractado están en un mismo plano, que es normal a la superficie de separación, y por lo tanto contiene a la normal V.

  • Los ángulos de incidencia y refracción son iguales. î=â'

  • 3.Ley de Snell: el cociente entre los senos de los ángulos de incidencia y de refracción es constante. Sen î/Sen â=n21. La constante n21 se denomina índice de refracción del medio 2 con respecto al 1. Si para los medios 1 y 2 las velocidades de la onda son V1 y V2 n21=n2/n1=V2/V1 entonces Sen î/Sen â=n21=n2/n1 que también se puede poner de la forma n1·Sen î =n2·Sen â. Si n2>n1 (n21>1) entonces Sen î>Sen â o lo que es los mismo î>â, por lo que el rayo refractado está angularmente más cerca de la normal que el rayo incidente. Por el contrario si n1>n2 el rayo refractado se aleja de la normal. Existe un ángulo crítico para la incidencia denominado ángulo límite, ð, tal que cuando î=ð entonces â=ð/2, lo que significa que el rayo refractado es paralelo a la superficie de separación. Para valores de ángulos de incidencia superiores a ð, se produce el fenómeno denominado reflexión total, no hay onda refractada, reflejándose íntegramente hacia el medio 1.

    Estas leyes se demuestran geométricamente aplicando el principio de Huygens.

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