Unidad 6
Fenómenos ondulatorios
Podemos definir a una onda, como una oscilación en el espacio y en un tiempo dado, que avanza o se propaga en un medio material o incluso en el vacío. Es posible clasificar a las ondas en:
- Ondas mecánicas: Son perturbaciones que viajan a través de un material o una sustancia que constituye un medio de propagación para la onda. Las partículas individuales del medio, son las que realizan movimientos horizontales y/o verticales alrededor de su posición de equilibrio, dependiendo de la naturaleza de la onda. Lo que viaja es el patrón general de la perturbación ondulatoria. Las ondas mecánicas necesitan un medio elástico para poder transmitirse, por lo cual, no se propagan en el vacío.
Ejemplo: El sonido.

- Ondas electromagnéticas: Las ondas electromagnéticas se propagan mediante oscilaciones de campos eléctricos y magnéticos. No necesitan de un medio para propagarse, por lo cual, se pueden propagar en el vacío. Este tipo de ondas viajan aproximadamente a 300.000km por segundo en el vacío.
Ejemplo: La luz.
Todas las ondas tienen una dirección de propagación. Según como es la oscilación de la onda, en función de la dirección de propagación, las ondas se pueden clasificar en:
- Ondas transversales: La onda se mueve en sentido transversal a la dirección de propagación. Como ejemplo de este tipo de onda se encuentra la luz.

- Ondas longitudinales: La onda se mueve en el mismo sentido que la dirección de propagación. Como ejemplo de este tipo de onda se encuentra el sonido.



- Cresta: Posición más alta, respecto a la posición de equilibrio.
- Valle: Posición más baja, respecto a la posición de equilibrio.
- Ciclo: Es una oscilación, o “viaje”, completo de ida y vuelta.
- Amplitud de onda (A):
• En ondas mecánicas, es el máximo alejamiento de cada partícula con respecto a la posición de equilibrio.
• En ondas electromagnéticas, es la altura respecto a la dirección de propagación.
- Periodo (T): Es el tiempo necesario para que la onda realice un ciclo.
- Frecuencia (Ꞙ): Es el número de ciclos (“ondas”) emitidos por segundo. Su unidad más frecuente es el Hertz (Hz), que equivale a .
- Longitud de onda (λ): Es la distancia entre cresta y cresta, o, entre valle y valle.
- Velocidad (V): Es la velocidad de propagación de la onda.

Luz
Los griegos, estaban interesados en investigar el proceso de la visión. Proponían que el ojo, emitía una especie de “fuego” que permitía “ver”. Aristóteles, por su lado, rechazaba esta idea y en su lugar propuso que existía un medio que lo llenaba todo, al cual denomino como “éter”. El objetivo del éter, según Aristóteles, era de permitir la transmisión de algunas propiedades de los objetos para que las podamos ver y que la transparencia de este medio se debía gracias a las fuentes de luz como el sol o el fuego. Además, afirmaba que el proceso de visión era instantáneo.
Años siguientes, Alhacén estableció que la luz emana de los cuerpos luminosos, llega a los objetos y desde éstos, llega a los ojos. Posterior a lo que propuso Alhacén, se establece la ley de la refracción, propuesta por Snell.
Huygens, introduce el concepto de ondas basándose en las ondas que se producen sobre el agua. El propuso que la luz se propaga por un movimiento de una materia que llena todo el espacio (el éter) y que dicho movimiento tiene forma de ondas esféricas.
Años posteriores al libro presentado por Huygens, Isaac Newton demuestra que los distintos colores se refractan de formas distintas y que la luz del sol está compuesta por luces de distintos colores, sin embargo, Newton creía que la luz estaba compuesta por cuerpos muy pequeños y no por ondas emitidas por los cuerpos brillantes (como proponía Huygens).
Finalmente, James Maxwell, demostró que el campo electromagnético se propaga en el vacío con una velocidad igual a la luz, y luego Hertz (años después) llego a la conclusión de que la luz es un fenómeno electromagnético.
Poco tiempo después, surgió la teoría cuántica, que propone que la luz está compuesta por partículas llamadas fotones, pero que la misma no pierde la naturaleza ondulatoria.
Óptica geométrica
Es el área de la óptica que se encarga de estudiar, a partir de representaciones geométricas, los cambios de dirección que experimentan los rayos luminosos al producirse fenómenos de reflexión y refracción.
Reflexión de la luz
Es el fenómeno que se observa, cuando un rayo de luz incide (influye, interactúa, etc) con la superficie de un objeto y se refleja. Su estudio se basa en dos leyes:
1) Primera Ley: El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado están en el mismo plano.
2) Segunda Ley: El Angulo de incidencia es igual al Angulo de reflexión.


Refracción de la luz
Cuando la luz pasa de un medio de transporte a otro, se produce un cambio de dirección. Esto se debe a la distinta velocidad de propagación (v) que tiene la luz en los diferentes medios materiales. A este fenómeno se lo llama refracción.
El cociente entre la velocidad de la luz en el vacío (c) y la velocidad de la luz en un medio (V), se denomina índice de refracción absoluto y se representa con la letra n. Su fórmula matemática es:

 El índice de refracción depende del medio, de la temperatura del medio y de la frecuencia de la luz que lo atraviesa. Su valor es igual o mayor (≥1), y el índice de refracción no tiene unidades.

Existen dos leyes de la refracción:
1) Primera Ley: El rayo incidente, la normal y el rayo refractado están en un mismo plano.
2) Segunda Ley: Se cumple la Ley de Snell, la cual se expresa de la manera siguiente

Sonido
Una de las primeras referencias al sonido como una onda, fue declarada por Aristóteles al indicar que el movimiento del aire se genera por una fuente, moviéndose hacia adelante para que las ondas sonoras inalteradas se propaguen hasta donde la perturbación en el aire sea sostenible.
Galileo Galilei, contribuyo al demostrar que las frecuencias de ondas sonoras determinan el tono.
Robert Boyle, probo que el sonido no puede viajar a través del vacío, por lo que necesita un medio para propagarse.
Isaac Newton, publico una descripción matemática acerca de cómo el sonido viaja en su recorrido. Sin embargo, George Simon Ohm, aplico matemáticamente el análisis de Fourier a la teoría del sonido.
Características del sonido
Las ondas sonoras, son un tipo de ondas longitudinales que requieren de un medio para propagarse. El oído humano, al ser muy sensible, tiene la capacidad de detectar ondas sonoras incluso de muy baja intensidad.
El sonido puede viajar por cualquier estado de la materia, es decir: Solido, liquido o gas. La propagación del sonido, por el medio, es siempre con una velocidad definida llamada velocidad de propagación o velocidad de onda (V), la cual estará determinada por las propiedades mecánicas del medio: