Pregrado
  1. Mecánica clásica  1.1. dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. projectile motion  1.1.4. Velocidad relativa  1.1.5. Movimiento circular uniforme  1.1.6. Movimiento circular no uniforme  1.1.7. Sistemas de referencia y transformaciones  1.2. Newton's Laws of Motion  1.2.1. Primera ley del movimiento  1.2.2. Segunda ley del movimiento  1.2.3. Tercera Ley del Movimiento  1.2.4. Aplicaciones de las leyes de Newton  1.2.5. Fricción y sus tipos  1.2.6. Diagrama de Cuerpo Libre  1.2.7. Restricciones y pseudo-fuerzas  1.3. Trabajo y energía  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial en la mecánica clásica  1.3.5. Fuerzas conservativas y no conservativas  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.4. Velocidad y colisiones  1.4.1. Momento lineal  1.4.2. Conservación del momento  1.4.3. Impulso y fuerza de impacto  1.4.4. Colisión elástica e inelástica  1.4.5. Centro de masa y velocidad  1.4.6. Propulsión de Cohetes  1.5. Movimiento rotacional  1.5.1. Torque y Momento Angular  1.5.2. Momento de inercia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energía Rotacional  1.5.5. Movimiento de rodadura  1.5.6. Precesión y movimiento giroscópico  1.6. Fuerza gravitacional  1.6.1. La ley de la gravitación universal de Newton  1.6.2. Energía potencial gravitatoria  1.6.3. Mecánica orbital  1.6.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.6.5. Campo y potencial gravitatorio  1.7. Mecánica de fluidos  1.7.1. Presión y el Principio de Pascal  1.7.2. Flotabilidad y el principio de Arquímedes  1.7.3. Dinámica de Fluidos y el Principio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidad y la ley de Poiseuille  1.7.5. Tensión superficial y capilaridad  1.8. Oscilaciones y ondas  1.8.1. Movimiento Armónico Simple  1.8.2. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  1.8.3. Oscilaciones acopladas y modos comunes  1.8.4. Propiedades y tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras y el Efecto Doppler  1.8.6. Interferencia de ondas y superposición
  2. Electromagnetismo  2.1. Electrostática  2.1.1. Carga eléctrica y propiedades  2.1.2. Ley de Coulomb  2.1.3. Electric field and electric potential  2.1.4. La Ley de Gauss  2.1.5. Capacitancia y Dieléctrico  2.1.6. Dipolo eléctrico y energía potencial  2.2. Circuitos eléctricos  2.2.1. Corriente y Resistencia  2.2.2. Ley de Ohm  2.2.3. Leyes de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuitos de CA y Reactancia  2.2.6. Electricidad y energía eléctrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos y Fuerzas Magnéticas  2.3.2. La Ley de Ampere  2.3.3. Momento dipolar magnético  2.3.4. Ley de Biot-Savart  2.3.5. Materiales Magnéticos y Histeresis  2.4. Inducción electromagnética  2.4.1. Ley de Faraday  2.4.2. La ley de Lenz  2.4.3. Autoinducción y mutua inducción  2.4.4. Transformadores y Circuitos Inductivos  2.5. Ecuaciones de Maxwell  2.5.1. La ley de Gauss para la electricidad  2.5.2. Ley de Gauss para el magnetismo  2.5.3. La ley de inducción de Faraday  2.5.4. Ley de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas electromagnéticas
  3. Termodinámica  3.1. Leyes de la Termodinámica  3.1.1. Ley cero de la termodinámica  3.1.2. Primera ley de la termodinámica  3.1.3. Segunda Ley  3.1.4. Tercera Ley  3.2. Calor y trabajo  3.2.1. Transferencia de calor (conducción, convección, radiación)  3.2.2. Expansión térmica  3.2.3. Motores térmicos y refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot y eficiencia  3.3. Mecánica estadística  3.3.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropía y Probabilidad  3.3.3. Función de partición  3.3.4. Estadísticas de Fermi–Dirac y Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexión y refracción  4.1.2. Espejos y lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. El principio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferencia en la óptica de ondas  4.2.2. Difracción  4.2.3. Polarización  4.2.4. Coherencia y holografía
  5. Mecánica cuántica  5.1. Dualidad onda-partícula  5.1.1. Radiación de cuerpo negro en la dualidad onda-partícula en la mecánica cuántica  5.1.2. Efecto fotoeléctrico  5.1.3. Dispersión Compton  5.1.4. Longitud de onda de De Broglie  5.2. Ecuación de Schrödinger  5.2.1. Ecuación de Schrödinger independiente del tiempo  5.2.2. Partícula en una caja  5.2.3. Efecto túnel cuántico  5.2.4. Pozos de potencial y obstáculos  5.3. Estados Cuánticos  5.3.1. Función de onda  5.3.2. Operadores cuánticos  5.3.3. Principio de incertidumbre de Heisenberg  5.3.4. Momento angular y espín
  6. Relatividad  6.1. Relatividad especial  6.1.1. Transformaciones de Lorentz  6.1.2. Expansión del tiempo y contracción de la longitud  6.1.3. Energía y momento relativista  6.2. Relatividad general  6.2.1. Principio de Equivalencia  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionales  6.2.4. Agujeros negros y horizontes de eventos
  7. Física del estado sólido  7.1. Estructura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difracción de rayos X  7.1.3. Teoría de bandas  7.1.4. Fonones y vibraciones de red  7.2. Propiedades Eléctricas y Magnéticas  7.2.1. Conductores, Semiconductores e Aislantes  7.2.2. Superconductividad  7.2.3. Efecto Hall
  8. Física nuclear y de partículas  8.1. Estructura Atómica  8.1.1. Modelo Atómico  8.1.2. Energía de enlace nuclear  8.2. Radiactividad  8.2.1. Desintegración alfa, beta, gamma  8.2.2. Vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Estándar  8.3.2. Quarks y Leptones  8.3.3. antimateria  8.3.4. Interacciones fundamentales
  9. Astrofísica y cosmología  9.1. Evolución estelar  9.1.1. Formación estelar  9.1.2. Agujeros negros y estrellas de neutrones  9.1.3. Enanas blancas y supernovas  9.2. Cosmología  9.2.1. La Teoría del Big Bang  9.2.2. Materia oscura y energía oscura  9.2.3. Fondo cósmico de microondas

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Propiedades y tipos de ondas


Las ondas son un aspecto fascinante de la física, abarcando algunos de los conceptos más fundamentales de cómo la energía y la información viajan a través de medios. En la mecánica clásica, el estudio de las ondas es esencial, proporcionando información sobre fenómenos naturales y aplicaciones prácticas en una variedad de campos. Vamos a profundizar en las propiedades y tipos de ondas, explicando estos conceptos de manera fácil de entender, incluso si recién estás comenzando con la física de oscilaciones y ondas.

¿Qué es una onda?

Una onda es una perturbación que viaja a través del espacio y el tiempo, a menudo transfiriendo energía de un lugar a otro. Las ondas pueden viajar a través de diversos medios, como el aire, el agua, los sólidos, e incluso a través del vacío, como es el caso de las ondas electromagnéticas como la luz. A diferencia de las partículas, las ondas pueden superponerse, combinarse y cambiar sin llevar consigo ninguna materia.

Propiedades básicas de las ondas

Antes de aprender sobre los diferentes tipos de ondas, es necesario entender algunas propiedades básicas que la mayoría de las ondas tienen en común. Estas incluyen:

  • Longitud de onda (λ): La distancia entre dos puntos consecutivos de una onda que están en la misma fase, como de pico a pico o de valle a valle.
  • Frecuencia (f): El número de ciclos de onda que pasan por un punto por unidad de tiempo, generalmente medido en hertz (Hz).
  • Amplitud (A): El desplazamiento máximo de puntos en una onda, que corresponde a la energía de la onda.
  • Período (T): El tiempo que tarda un ciclo completo de onda en pasar por un punto dado, el inverso de la frecuencia (T = 1/f).
  • Velocidad de onda (v): La velocidad a la que se propaga la onda a través del medio, calculada como v = λf.

La relación matemática entre estas propiedades puede representarse mediante la fórmula:
Dimensiones Longitud de onda (λ)

Este diagrama muestra una onda simple y destaca dos propiedades importantes de las ondas: amplitud y longitud de onda.

Tipos de ondas

Las ondas pueden clasificarse según varios criterios, como el medio que requieren para propagarse, la dirección del desplazamiento de las partículas en relación con la propagación de la onda y si requieren alguna materia física para propagarse. Aquí están las dos clasificaciones principales:

Ondas mecánicas

Las ondas mecánicas requieren un medio (materia o material) para su propagación. Estas ondas pueden viajar a través de sólidos, líquidos y gases. Las ondas mecánicas se dividen en dos tipos:

  • Ondas transversales: En estas ondas, el desplazamiento de las partículas es perpendicular a la propagación de la onda. Las olas de agua y las ondas electromagnéticas como la luz son ejemplos. Aquí hay un diagrama simplificado que muestra una onda transversal:
  • Ondas longitudinales: En estas ondas, el desplazamiento de las partículas es paralelo a la propagación de la onda. Las ondas de sonido en el aire son un ejemplo principal de ondas longitudinales. Aquí hay un diagrama que muestra una onda longitudinal:

En la figura anterior, observa cómo cambia la densidad de las líneas, mostrando áreas de compresión y rarefacción en la onda.

Ondas electromagnéticas

A diferencia de las ondas mecánicas, las ondas electromagnéticas no requieren un medio para propagarse; pueden viajar en el vacío. Estas incluyen ondas de radio, microondas, infrarrojo, luz visible, ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Las ondas electromagnéticas son inherentemente ondas transversales.

Este diagrama presenta ondas electromagnéticas, mostrando tanto los componentes del campo eléctrico (azul) como del campo magnético (rojo) oscilando perpendicularmente a la dirección de viaje de la onda.

Comportamiento de las ondas

Las ondas exhiben diferentes comportamientos cuando interactúan con límites y otras ondas. Aquí algunos de los fenómenos principales:

Reflexión

La reflexión ocurre cuando una onda golpea un límite y regresa. Un ejemplo clásico de esto es el eco de una onda sonora reflejada en una montaña distante.

Reflexión de ondas en un extremo fijo

Cuando una onda se refleja desde un extremo fijo, se invierte. Esto puede demostrarse usando una cuerda con un extremo fijo. A medida que el pulso de onda viaja y golpea el extremo fijo, se refleja de nuevo con una fase invertida:

Reflexión de ondas en el extremo libre

Cuando se trata de un extremo libre, la onda no se invierte tras la reflexión. Imagínate una onda en una cuerda con un extremo no unido, permitiendo que el pulso regrese sin inversión:

Refracción

La refracción es el cambio en la dirección de una onda a medida que viaja de un medio a otro debido a un cambio en la velocidad. Un ejemplo común es la desviación de la luz al entrar al agua desde el aire.

Difracción

La difracción ocurre cuando una onda se curva alrededor de obstáculos o se dispersa tras pasar por agujeros estrechos. Piensa en cómo puedes escuchar a alguien hablando incluso si estás detrás de una pared.

Interferencia

Cuando dos o más ondas se superponen, se combinan para formar un nuevo patrón de onda. Esto puede ser constructivo (las amplitudes se suman) o destructivo (las amplitudes se restan). La observación de ondas de agua donde se lanzan dos piedras muestra interferencia.

Ondas estacionarias

Cuando dos ondas con la misma frecuencia y amplitud viajan en direcciones opuestas, pueden combinarse para formar ondas estacionarias. Estas ondas parecen estacionarias, con nodos (puntos de no movimiento) y antinodos (puntos de máximo movimiento).

Esta relación es importante para los instrumentos musicales, donde las cuerdas vibrantes o columnas de aire crean ondas estacionarias, produciendo armónicos y resonancia. Intenta imaginar ondas estacionarias en una cuerda, donde los extremos fijos actúan como nodos y las ondas oscilan entre ellos:

Resumen

Entender las propiedades y tipos de ondas es importante en la física y disciplinas científicas en general. Hemos explorado muchos aspectos fundamentales relacionados con las propiedades básicas, tipos, comportamientos de las ondas y más. Este conocimiento forma una base importante para una mayor exploración en campos específicos como la óptica, la acústica y la teoría electromagnética.


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Propiedades y tipos de ondas

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