Naturaleza de las Ondas

La mayoría de nosotros en algún momento de nuestras vidas hemos escuchado hablar de las ondas, lo que me lleva a deducir que si le preguntase a cualquier persona por la calle que es una onda, se imaginaria, aun cuando no pueda describirla con gran precisión, movimientos repetitivos o perturbaciones que se propagan en un determinado medio.

Es por ello que antes de continuar con este post es importante definir una onda. Figuera (2009) nos resalta que “una onda se puede escribir como una perturbación que viaja desde un punto a otro a través de un medio físico. El medio físico puede ser el aire, el agua, el vacío o cualquier otra sustancia solida, liquida o gaseosa”.

La influencia de las ondas en nuestra cotidianidad, estemos o no conscientes de su presencia, ha determinado muchos aspectos de lo que hoy conocemos como la civilización moderna. Las ondas musicales, las ondas luminosas, las microondas, las ondas de radio y televisión, las ondas sísmicas, son algunos ejemplos de cómo el concepto de onda se ha introducido en nuestra vida.

La comprensión de la naturaleza y características de las ondas, permite modificar las herramientas de las que hace uso la especie humana para garantizar una buena interrelación con su entorno. Así, el estudio de las ondas sísmicas ha dado origen a la creación de estructuras habitacionales, que puedan resistir los embates de terremotos.

Hace muchos años específicamente el 7 de Julio de 1997 en la ciudad de Cumaná, Venezuela, hubo un fuerte terremoto y las imágenes que vimos anteriormente nos logran mostrar la magnitud de la capacidad destructiva de una onda. La energía que una onda es capaz de transferir de un sitio a otro, puede dar origen a fenómenos destructivos, o puede ser usada para hacer más agradable la vida del ser humano. Este es el caso de las ondas de televisión o de las microondas que, aun cuando no podamos visualizar, sabemos de su efecto sobre nuestro desenvolvimiento diario. Nuestros programas favoritos de televisión se materializan en las pantallas de los televisores, gracias a la transmisión de energía asociada con ondas electromagnéticas. Similarmente, las microondas se utilizan para calentar los alimentos en los hornos microondas, en este caso, la energía de las microondas, generadas en un equipo diseñado para estos efectos, se transfiere en forma de calor hacia los alimentos que se colocan en el interior del mismo. En general, podemos decir que:

De lo anteriormente expuesto, podemos decir que, en el fenómeno de transmisión de una onda, algo se traslada. En este momento, debemos hacer una distinción entre el movimiento de las partículas del medio donde se propaga la onda y el movimiento de propagación de la onda, propiamente dicha. Ya hemos mencionado que una onda se propaga en un medio, conociendo como medio a una sustancia o material capaz de permitir la propagación de una onda. Así, por ejemplo, las ondas de sonido se pueden propagar en medios líquidos como el agua o en medios gaseosos como el aire. En una onda que se propaga a lo largo de una cuerda, el medio lo constituye el material del que está hecho la cuerda. Ahora analicemos este último caso, para lo cual visualicemos la siguiente imagen.

Un extremo de la cuerda es sostenido por la persona, mientras el otro lo mantiene fijo otra persona. Cuando la primera persona sube y baja su mano bruscamente, alrededor de una posición media, produce una perturbación en la cuerda (onda), que se propaga a lo largo de la misma. Hablamos, entonces del movimiento de propagación de la onda. Este movimiento tiene lugar desde la izquierda hacia la derecha.

Por otra parte, si fijamos nuestra atención a un punto cualquiera, A, sobre la cuerda, observamos que este se mueve hacia arriba y hacia abajo, sin que tenga lugar traslación alguna del mismo a lo lago de la cuerda, lo que nos permite afirmar que:

Una situación muy similar la podemos observar cuando se origina una onda, al lanzar una piedra en aguas tranquilas. Si se pone cuidadosamente la atención sobre cualquier objeto que flota en la superficie del agua, se notará que éste sube y baja sin trasladarse.

Existe algo que debemos tener muy claro y es que una onda es un vehículo para transportar energía de un sitio a otro. En el caso de la cuerda, el hombre, al mover verticalmente la cuerda, realiza un trabajo sobre la misma. Este trabajo se convierte en energía, haciendo que las partículas de la cuerda se muevan secuencialmente, trasladando la energía inicial aportada por el hombre hasta el final de la cuerda. Allí, la segunda persona sentirá el efecto de la propagación de la energía inicial.

Si la persona sube y baja la cuerda y, luego, detiene su mano, se produce solo un pulso de onda, el cual se propaga en el espacio a medida que el tiempo transcurre. El pulso de la onda se va alejando con el transcurrir del tiempo, afectando sucesivamente, todas las partículas de la cuerda, hasta llegar al extremo opuesto. La forma del pulso corresponde, en el caso mostrado, a una onda tipo sinusoidal.

Si se presta atención a un punto particular de la cuerda, digamos el punto Q (Ver imagen a continuación), se puede observar que este comienza a subir, alcanza un valor máximo, Vmax y, luego desciende hasta alcanzar un valor mínimo Vmin. Este movimiento tiene también, la misma característica sinusoidal que posee la onda al propagarse en el espacio.

Si la persona que sostiene la cuerda mantiene un movimiento continuo, hacia arriba y hacia abajo, sobre la cuerda, enviará, no un pulso de onda, sino un tren de ondas a lo largo de la misma. Al objeto o persona que actúa generando las ondas, usualmente se le conoce como fuente o generador de ondas.

Figuera, J. (2009). Física, Texto y problemario. Caracas: Ediciones CO-BO.

Zemansky, S. (2009). Física Universitaria Volumen I. México: Pearson Educación.