Las ondas (I)

Artículos teóricos

Por lo evidente, no nos extraña nada en absoluto la percepción que a diario tenemos en nuestros oidos de aquellos sonidos que se producen en algún punto más o menos alejado de nosotros. Si tenemos en cuenta que el espacio que nos rodea está lleno de aire, es fácil deducir que el sonido tiene la propiedad de desplazarse a través de dicho medio. Sin embargo, a pesar de que los sonidos producidos sean de una magnitud elevada, la distancia que pueden recorrer es relativamente escasa, a lo sumo de algunas centenas de metros, o, en el caso de los más estruendosos y atronadores, varios kilómetros de distancia.

Como vemos, la distancia que podemos alcanzar transmitiendo un sonido como tal es francamente corta y además depende excesivamente de las condiciones atmosféricas que nos rodeen en el momento de producirlo. Es más, si lo que nos interesa es hacer llegar lejos el habla de una persona, a cientos o a miles de kilómetros, lo tenemos muy difícil si pensamos transmitirla en su forma natural, es decir, como un sonido. Si queremos prolongar de forma considerable esta distancia deberemos hacerlo de otra manera. No obstante, para llegar a ese punto deberemos conocer primero que tenemos entre manos. ¿Qué es exactamente el sonido? ¿Como se produce? ¿Que son las ondas? ¿Existen diferentes tipos de ondas?. Si lees este artículo y los siguientes tus dudas desaparecerán.

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La manera en que podemos producír los sonidos es muy variada. Por ejemplo, si tomamos como patrones los instrumentos musicales, tenemos algunos en los que utilizamos la percusión, en otros el viento, en otros utilizamos cuerdas tensadas, otros son de tipo electrónico y disponen de altavoces, etc... Sin embargo, sea cual sea el modo en que un sonido se produzca, todos ellos tienen algo en común que hace que puedan llegar a nuestros oidos, que podamos sentir su presencia y dar cuenta de ellos mediante nuestros tímpanos. Lee lo siguiente:

EL SONIDO ES EL RESULTADO DE UNA VIBRACIÓN QUE SE TRANSMITE POR MEDIO DE ONDAS A TRAVÉS DEL MEDIO EN EL QUE SE HA PRODUCIDO ORIGINALMENTE

La definición es clara y fácil de entender. Cuando se produce el sonido se crean las ondas sonoras que viajan a través del aire y al llegar a nuestros tímpanos los hacen vibrar, de manera que esta excitación llega a nuestro cerebro el cual la transforma fielmente y nos hace tener la sensación de lo que conocemos normalmente como un sonido de tal o cual naturaleza. Pero, la verdad, quizás para alguien que lee esto por primera vez no le resulte tan evidente la explicación y tenga ciertas dudas. Por ejemplo... ¿Que son exactamente esas "ondas" de las que hablamos? ¿Como logran "viajar" hasta llegar a nuestros oidos y agitar nuestros tímpanos?.

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Comentaremos antes de empezar que el método mas antigüo y quizás el mas adecuado ideado por el hombre para transmitir los sonidos a larga distancia es la radio y, tal como los sonidos naturales, la radio también propaga sus señales mediante ondas que se transmiten a través del espacio, aunque estas son de naturaleza distinta a las ondas sonoras, de manera que el estudio de las ondas nos interesa por partida doble.

¿QUE SON LAS ONDAS?
Para empezar a desarrollar el tema de las ondas vamos antes que nada a dar su definición y a partir de ahí seguiremos adelante, ¿que te parece?. Podemos decir pués que:

LAS ONDAS SON EL RESULTADO DE LA ENERGÍA CONTENIDA EN UNA VIBRACIÓN

¿Que quiere decir esto exactamente? Para explicarlo nada mejor que un ejemplo y el más clásico es el del estanque de aguas tranquilas al que tiramos una piedra al centro del agua. Entonces vemos como se crean unas circunferencias concéntricas que parten del lugar donde la piedra ha caido y se desplazan hacia la orilla. En un principio podríamos pensar que existe un movimiento del agua hacia el exterior del estanque, pero nada más alejado de la realidad. Para convencernos de ello podemos colocar un trocito de corcho en un punto del agua cercano a donde cayó la piedra, a un metro por ejemplo. Entonces, si verdaderamente existiera un movimiento del agua hacia el exterior, el trocito de corcho se verá arrastrado, debido a su poco peso, en esa dirección y se alejará del punto donde lo dejamos caer. Pero esto no ocurre así. Lo que observamos es que nuestro trocito de corcho, lejos de desplazarse hacia el exterior del estanque, adquiere un movimiento vertical hacia arriba y abajo, siendo su movimiento horizontal hacia la orilla prácticamente nulo.

De lo anterior podemos deducir que la existencia de las ondas no significa que se cree un desplazamiento horizontal de las moléculas de agua hacia el exterior. Más bién lo que hay es una vibración que se transmite de molécula a molécula sin que necesariamente exista un desplazamiento horizontal de las mismas. Lo que se transmite y se propaga es el impulso vibratorio creado en un principio con la caida de la piedra al agua. Es energía en forma de vibración, en forma de ondas. Se dice que este tipo de ondas son transversales ya que se propagan en sentido horizontal, mientras que las oscilaciones que producen dichas ondas son verticales.

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En el momento del choque de la piedra con el agua esta es obligada a desplazarse violentamente y se crea un vacío en la superficie del lago. Parte del agua que ocupaba esta cavidad asciende por encima del nivel que el lago tenía cuando estaba en reposo lo que hace que se forme una pared alrededor del punto donde ha caido la piedra, pared que supera en altura el nivel normal del agua del estanque. El agua que ha subido por encima del nivel de reposo del lago vuelve a caer y se coloca ahora por debajo del nivel de reposo, provocando con ello una nueva subida del agua circundante y una nueva pared, lo que significa otra nueva onda, que otra vez supera el nivel normal del agua. El proceso se repite mermando su intensidad progresivamente debido al peso del agua, y por lo tanto a la resistencia que esta opone para ser desplazada, llegando a anularse completamente la formación de estas ondas transversales.

ALGUNAS ILUSTRACIONES
Podremos llegar a entender mejor el desplazamiento vibratorio ilustrándolo mediante algunos ejemplos prácticos. Uno de ellos son las fichas de dominó en fila india que van cayendo una tras otra y van transmitiendo el impulso que le dimos a la primera sin prácticamente moverse de su sitio. Al final cae la última ficha de dominó, situada a varios metros de la primera, sin que haya habido un desplazamiento significativo de cada una de ellas individualmente. Hemos transmitido un impulso, o una energía, a cierta distancia sin que los componentes "transmisores" de dicho impulso se hayan movido de forma individual mas de lo necesario para hacer posible la propagación de dicho impulso.

Otro ejemplo. Pensemos en la fila de personas que se forma en la ventanilla de una caja de cualquier banco (por ejemplo). Supongamos que esta fila está compuesta por diez personas. La primera está siendo atendida en ventanilla y la última, la décima, está esperando pacientemente que las nueve que están delante de ella sean atendidas para que le toque su turno. Durante el tiempo en que la primera persona está siendo atendida en la ventanilla la fila está en reposo y no se mueve en absoluto (¡La mayoría de las personas se desesperan por la lentitud del cajero!). De repente alguien llega, es la persona que hace el numero 11, tropieza con algo y cae hacia delante. Para evitar la caida se apoya en la persona numero 10, la cual recibe un fuerte impulso, o empujón, que le hace caer hacia adelante. Para evitar la caida, la persona numero 10 se apoya en la persona numero 9 y la historia se repite. Al final el impulso inicial se transmite hasta la persona numero 3 o la 4 dependiendo de la potencia con que se inició el primero por la persona numero 11 recién llegada. Sin embargo, individualmente las personas prácticamente no se han movido de su posición original. Lo que se ha propagado ha sido el impulso, no las personas, las cuales han permanecido casi en el mismo sitio que ocupaban antes de producirse el primer empujón.

Otro ejemplo clásico es el del muelle, muy ilustrativo para representar las dos clases de ondas existentes en función del tipo de vibración que genera su desplazamiento (Dentro de un momento verás con claridad esto último). Este ejemplo es mejor que lo veas por tus propios ojos aquí.

Queda claro que las ondas no se crean por un desplazamiento de las moléculas del medio en que se producen sino que son consecuencia de la transmisión de una vibración de molécula a molécula. No se trata por lo tanto de un desplazamiento de moléculas en el mismo sentido en que se desplaza la onda, sino de la propagación de un impulso, de una vibración, de una energía vibratoria.

CAUSA Y EFECTO
Recapitulando y en resumidas cuentas hemos dejado claro como se produce la formación de ondas. Ahora estamos en condiciones de afirmar lo siguiente:

EL MOVIMIENTO VIBRATORIO DE UNAS PARTÍCULAS ES LA CAUSA DE QUE EXISTA EL MOVIMIENTO ONDULATORIO A TRAVÉS DE UN MEDIO COMO EL AGUA O EL AIRE

Expresado de otra manera, el movimiento ondulatorio (las ondas) es el efecto. La causa es el movimiento vibratorio. Después de esto podemos dar otra nueva definición para onda:

UNA ONDA ES LA ENERGÍA TRANSMITIDA EN FORMA DE VIBRACIÓN A TRAVÉS DE LAS PARTÍCULAS DE UN MEDIO DETERMINADO

Básicamente existen dos clases diferentes de ondas en lo que respecta al tipo de energía que manifiestan; las mecánicas que necesitan de un medio elástico para propagarse (ondas sonoras, ondas sísmicas, las ondas que se forman en el agua, etc...) y las electromagnéticas las cuales no necesitan ningún medio para propagarse y por lo tanto pueden hacerlo en el vacio absoluto (ondas luminosas, ondas de radio y televisión, rayos X, microondas, etc...).

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Como ya hemos adelantado, existen dos clases de ondas en lo que respecta al tipo de vibración que genera su desplazamiento. Hemos dicho que las formadas por la piedra que cae al agua del estanque se llaman transversales ya que son creadas por vibraciones perpendiculares a la dirección de propagación de la onda (las vibraciones son verticales mientras que la propagación de la onda es horizontal). Puedes ver una animación de una onda transversal pulsando aquí.

Si la vibración que crea la onda es paralela a la propagación de la misma se trata de una onda longitudinal. Ejemplo de estas últimas son las ondas sonoras, las cuales se producen por las presiones y depresiones locales del medio en que se crean. En una primera aproximación podríamos imaginarnos la presión como moleculas de aire (si este es el medio en que se crean) que se juntan o aglutinan entre si, mientras que en el caso de la depresión estas moléculas se separan o se alejan unas de otras. Puedes ver una animación de una onda longitudinal pulsando aquí.

En nuestro próximo artículo seguiremos profundizando en el tema de las ondas y comprobaremos que tienen mucho que ver con las señales de radio. Hasta entonces.

 
C O M E N T A R I O S   
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RE: Las ondas (I)

#1 cristina » 07-01-2019 20:13

muy didáctico el texto, era lo que buscaba

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