Las ondas (V)

Llegamos al último artículo relativo a las ondas. A través de los cuatro artículos anteriores hemos visto más o menos profundamente su naturaleza. Con lo estudiado hasta el momento ya tenemos suficiente conocimiento para continuar adelante, sin embargo vamos a seguir hablando un poco a lo largo de este artículo sobre algunas de las peculiaridades especiales de las ondas y también de algunas de sus aplicaciones prácticas, lo que ampliará nuestro entendimiento sobre este tema tan interesante.

Además vamos a explicar el significado de algunas expresiones comunes en radio, que quizás antes de leer este artículo no tenías claras en tu mente y que sin embargo las oímos todos los dias. Es posible que te sorprenda lo que vas a leer a continuación, o quizás no, pero en cualquier caso vamos a intentar que la lectura sea amena, agradable y entretenida.

Cuando acabes de leer estas páginas puedes dejar tu comentario, si lo deseas, y decirnos que te ha parecido ¿te agrada la idea?. Pues adelante.

Banner
En principio nos gustaría que tuvieras perfectamente claro el significado de las unidades utilizadas para expresar las frecuencias de radio. Aunque ya hemos tocado el tema en otros artículos nos gustaría usar unos párrafos para que se quede debidamente asentado el concepto. Por ejemplo... cuando te dicen que una emisora de radio comercial emite en los 1.134 Kilociclos AM y otra en los 103,5 Megaciclos FM... ¿sabes a que se refieren exactamente esas expresiones?.

Ya hemos dicho que las frecuencias se miden en "ciclos por segundo" o "hercios" que, como sabes por artículos anteriores, son dos expresiones que significan lo mismo. Sin embargo, como ocurre con casi todas las magnitudes, electrónicas o no, para simplificar se utilizan múltiplos o submúltiplos de la unidad de medida concreta. En el caso que nos ocupa, para expresar una frecuencia de 1.500.000 ciclos por segundo (se tendría que pronunciar "un millón y medio de ciclos por segundo") se utiliza el "kilociclo por segundo" (Kc/s) o "kilohercio" (KHz) que equivale a 1.000 hercios. Se dice entonces de esta frecuencia que es de 1.500 kilohercios (o kilociclos por segundo), mucho más fácil y corto de pronunciar.

Para frecuencias mayores existen múltiplos como el "megahercio" (MHz) o "megaciclo por segundo" (Mc/s) que equivale a 1.000.000 (un millón) de hercios, el "gigahercio" (GHz) equivalente a 1.000.000.000 (mil millones) de hercios, el "terahercio" (THz) equivalente a 1.000.000.000.000 (un billón con "b") de hercios, y algunas más por arriba de estas que son poco utilizadas en radio.

Por lo tanto, si nos dicen que una emisora trabaja en 1.134 Kilociclos AM entendemos que su frecuencia es de 1.134.000 ciclos por segundo y emite en (A)mplitud (M)odulada. Y si nos dicen que otra emisora trabaja en 103,5 Megaciclos FM entendemos que su frecuencia es de 103.500.000 ciclos por segundo y emite en (F)recuencia (M)odulada (ya veremos lo que es).

En muchas ocasiones, y de forma completamente incorrecta, se suelen abreviar las expresiones "kilociclos por segundo" y "megaciclos por segundo" como "kilociclos" y "megaciclos" a secas. Eso no está bién expresado como ya sabrás si has leído nuestros artículos anteriores. Si deseamos abreviar la expresión es mucho mejor usar la forma correcta "kilohercio" (KHz) y "megahercio" (MHz) ¿OK?.

Banner

EL EFECTO DOPPLER
Es probable que hayas oído hablar del llamado "efecto doppler" pero... ¿sabes de que se trata? ¿conoces alguna de sus aplicaciones prácticas?. Por supuesto que este fenómeno tiene mucho que ver con el sonido, pero también con el resto de ondas. Sin embargo para entender que es y que efecto produce vamos a basarnos en las ondas sonoras.

De todos es sabido que los sonidos se dividen en diferentes tonos, los cuales podemos resumir en tonos graves, tonos medios y tonos agudos. Los tonos graves son los de frecuencia menor y los agudos son los de frecuencia mayor. Así un instrumento musical como el contrabajo produce un sonido muy grave de una frecuencia sonora baja, mientras que por ejemplo el violín produce un sonido agudo de una frecuencia más alta. Por lo tanto vemos como a medida que la frecuencia sonora aumenta, aumenta también la agudeza del sonido. A esta mayor o menor agudeza se le llama "tono" del sonido.

Por lo general, un objeto diseñado para emitir un solo sonido característico podrá hacerlo con mayor o menor intensidad, pero su tono, es decir la frecuencia del sonido que genera, no variará en ningún caso. Así, si tomamos un silbato y soplamos suavemente por su boquilla sonará con un nivel determinado y si lo hacemos con todas nuestras fuerzas la intensidad del sonido producido aumentará considerablemente, pero su tono no cambiará aunque cambie la intensidad. Lo mismo ocurrirá al golpear un timbal, o un tambor, o una tecla determinada de un piano (una única tecla y sin tocar los pedales, no seas tramposo).

Pero ocurre algo muy curioso si resulta que la fuente de sonido está en movimiento. Por ejemplo, imagina que estás haciendo autostop en la carretera. Se trata de una moderna autovía en la que algunos vehículos van muy deprisa. De pronto ves acercarse a lo lejos un vehículo muy rápido, un deportivo moderno que circula a 150 kilómetros por hora hacia nosotros (¡¡si lo pilla el radar le caerá una buena!!). Parece que no tiene intención de parar.

Varias decenas de metros antes de llegar a nuestra altura su conductor comienza a tocar el claxon y comenzamos a oirlo como si su tono aumentara (haciendose más agudo) conforme se acerca a nosotros. Sin embargo, cuando el vehículo nos ha pasado seguimos oyendo el claxon pero en un tono descendente (haciéndose mas grave). ¿A que te ha pasado alguna vez?.

Banner

Es posible que te haya ocurrido con el silbato de un tren en lugar de un automóvil, o quizás has tenido la oportunidad de presenciar "in situ" una carrera de fórmula 1 y has notado esa variación tonal en el sonido de los motores cuando los bólidos llegan a tu altura. Pero sea una cosa u otra hablamos de un objeto sonoro en movimiento. Es como si al acercarse hacia nosotros el sonido emitido aumentara su frecuencia, y al alejarse como si su frecuencia disminuyera. ¿En realidad las cosas son así y la frecuencia del sonido aumenta y disminuye en función de la dirección del movimiento del objeto emisor?.

Johann Christian Andreas Doppler, físico austríaco, fué el primero que le supo dar explicación a este fenómeno, por lo que se le bautizó con su nombre. Podemos definir el efecto Doppler de la siguiente manera:

EL EFECTO DOPPLER RELATIVO AL SONIDO ES UNA SENSACIÓN AUDITIVA, ES LA PERCEPCIÓN APARENTE DE QUE EL TONO O FRECUENCIA DE UN SONIDO CAMBIA EN EL MOMENTO EN QUE VARÍA LA DISTANCIA RELATIVA ENTRE EL EMISOR Y EL RECEPTOR, SEA QUE SE MUEVA UNO U OTRO O LOS DOS AL MISMO TIEMPO

Observa una animación del efecto doppler aquí. Se trata de un objeto en movimiento que se acerca hacia un observador y se aleja de otro. Al señor de la izquierda le parecerá que el sonido es más grave de lo normal, mientras que al de la derecha le parecerá más agudo. Sin embargo, la frecuencia natural del sonido producido no ha variado en absoluto.

Para el señor de la derecha la longitud de la onda recibida (λ) se ha "comprimido" con respecto a la onda natural y para el señor de la izquierda dicha longitud de onda se ha "estirado" (valgan las expresiones). Podríamos decir que el tímpano del señor de la derecha recibe o es excitado con más ondas por unidad de tiempo que las que le corresponderían para la frecuencia original cuando emisor y receptor están inmóviles, por lo que el sonido que le transmite a su cerebro es mas agudo ya que su tímpano vibra más rápido de lo que lo haría con la onda natural.

Banner

Al señor de la izquierda le ocurre justamente lo contrario. Sin embargo, si existiera otro señor (no representado en la animación) que se desplazara en el mismo sentido y con la misma velocidad que el objeto sonoro, este último señor oiría el sonido con su tono original y sin ninguna variación de su frecuencia natural.

Tenemos que decir que el efecto Doppler se produce con cualquier tipo de ondas sean mecánicas o electromagnéticas aunque en estas últimas, y debido a su altísima velocidad, el efecto se aprecia con bastante menos intensidad que con las ondas sonoras.

Las aplicaciones del efecto Doppler son innumerables. Por citar algunas de ellas indicaremos la ecografía-Doppler en medicina; el radar-Doppler que permite detectar el sentido del desplazamiento de un objeto, la distancia a que se encuentra, su altitud con respecto al suelo y su velocidad (las autoridades usan un tipo de radar basado en el efecto doppler para ponernos multas de tráfico); en astrofísica se usa para medir los desplazamientos de las estrellas y de las galaxias (la teoría del Big Bang se basa en el efecto Doppler); apertura de puertas automáticas; alarmas de ultrasonidos para proteger el habitáculo de los vehículos internamente; calcular la velocidad de desplazamiento de la pelota en algunos deportes (tenis, por ejemplo).

REFLEXIÓN DE LAS ONDAS
Estamos seguros que todo el mundo sabe lo que es la reflexión de las ondas... ¿que tu no? ¿estás seguro?.

Dime una cosa... ¿nunca has cogido un espejo, cuando eras un niño, y te has divertido deslumbrando con el reflejo del sol a las personas que pasaban a decenas de metros de donde estabas?. Pués entonces usabas el principio de la reflexión de las ondas lumínicas.

En uno de nuestros anteriores artículos te dábamos el enlace de un video en el que podíamos apreciar la reflexión de las ondas mecánicas producidas en un muelle... ¿lo recuerdas?.

Otro conocido ejemplo de reflexión, en el caso de ondas sonoras, es el eco que se produce si gritamos en algún paraje montañoso; al poco tiempo recibimos las mismas palabras que hemos pronunciado una vez reflejadas por las montañas.

Banner

Más ejemplos serían el sonar marino, la ecografía por reflexión de ultrasonidos ampliamente utilizada en medicina, etc... Por supuesto que no nos queremos olvidar de una de las aplicaciones más importantes de la reflexión de las ondas. Se trata del radar aéreo utilizado para localizar objetos lejanos, conocer la velocidad a la que se desplazan e incluso la distancia que los separa de nosotros.

Y para finalizar con las aplicaciones de este fenómeno queremos citar el que más nos interesa dada la orientación de nuestra web: la reflexión de las ondas electromagnéticas de radio en una de las capas de nuestra atmósfera llamada ionosfera. Dicha capa está "ionizada" o, lo que es lo mismo, cargada eléctricamente, y eso hace que se comporte como si fuera un medio distinto a las capas más bajas de la atmósfera no ionizadas, por lo que una gran parte del espectro de ondas electromagnéticas reflexionan en ella. Si deseas más información sobre esto te recomendamos que leas el artículo "Propagación de las ondas electromagnéticas" disponible en la zona de descargas de nuestra web.

Podríamos definir el concepto de la siguiente manera:

LA REFLEXIÓN ES EL CAMBIO DE DIRECCIÓN QUE EXPERIMENTA UNA ONDA CUANDO ALCANZA LA SUPERFICIE DE SEPARACIÓN DE UN MEDIO DISTINTO DEL QUE SE PROPAGA, DE MANERA QUE PARTE DE LA ENERGIA DE LA ONDA ES DEVUELTA AL MEDIO DE DONDE PROCEDE Y PARTE ES ABSORBIDA POR EL MEDIO CON EL QUE HA COLISIONADO

En lenguaje coloquial podríamos decir que la onda "rebota" en el medio con el que colisiona, de manera que la energía que contiene se reparte entre dicho medio, el cual absorbe parte de esa energía, y la propia onda una vez rebotada la cual continúa su camino con una intensidad menor. El ángulo que forma el sentido de desplazamiento de la onda con el objeto sobre el que incide (ángulo de incidencia) es idéntico al que forma la onda reflejada con dicho objeto (ángulo de reflexión) por lo que se entiende fácilmente que cuanto mayor sea el primero mayor será el segundo.

OTROS FENÓMENOS ONDULATORIOS
Existen otros interesantes fenómenos generados por las ondas. Hacemos mención ahora del llamado "INTERFERENCIA":

LLAMAMOS INTERFERENCIA A LA SUMA ALGEBRAICA DE DOS O MAS MOVIMIENTOS ONDULATORIOS QUE SE SUPERPONEN EN UN PUNTO DETERMINADO, OBTENIENDOSE COMO RESULTADO OTRO MOVIMIENTO ONDULATORIO DISTINTO A LOS ANTERIORES

La onda resultante dependerá de la coincidencia o no en el tiempo de los "senos" y "crestas" (técnicamente de sus "fases") de las ondas que intervienen en la interferencia, de sus amplitudes y de sus respectivas frecuencias. De todos nos es conocido el hecho de que si tenemos lo suficientemente cerca dos emisoras de radio que trabajan en la misma frecuencia (o dos radioaficionados modulando al mismo tiempo en un mismo canal o frecuencia), lo que normalmente alcanzamos a oir en caso de que las dos señales sean de una potencia parecida es un fuerte pitido, una interferencia.

Banner

¿Recuerdas cuando tocamos el tema de las "ondas estacionarias" en las lineas de transmisión? Esa onda estacionaria es la interferencia producida por la superposición de la señal que emite el transmisor hacia la antena y la señal que refleja dicha antena en sentido contrario por causa de una desadaptación de impedancias. Al ser las dos ondas de idéntica frecuencia, dicha superposición produce una tercera onda llamada "onda estacionaria" la cual no progresa (o no se desplaza) por la linea de transmisión como las otras dos ya que sus nodos (o sea, los puntos que tienen valor CERO) permanecen estáticos e inmóviles.

A diferencia de la onda estacionaria, a la onda directa y a la reflejada se les conoce como "ondas progresivas" ya que estas si que viajan o se desplazan (o progresan valga la redundancia) por la linea de transmisión hacia su destino. Haciendo clic aquí puedes ver una animación de lo que estamos diciendo.

Para finalizar este largo artículo, hablaremos un poco de la "RESONANCIA":

La "resonancia" es un fenómeno que podrás encontrar no solo en la rama eléctrica y electrónica (circuitos resonantes), sino también en acústica y en mecánica. Para entender que es la resonancia acudamos a un ejemplo mecánico-acústico. ¿Sabes tocar la guitarra?... en caso afirmativo es muy posible que sepas como afinarla. Pues bien, cuando afinas tu guitarra no estás haciendo otra cosa que ajustar la frecuencia de resonancia de cada cuerda.

Toma tu guitarra y toca cada una de sus cuerdas sin poner ningún dedo en el mástil. Las cuerdas vibran produciendo un sonido de tono característico que depende del nivel de tensión que tenga cada una de ellas y por supuesto de su constitución física y estructural. Independientemente de que toques las cuerdas con mucha o poca fuerza, el tono emitido será el mismo, más o menos intenso pero siempre obtendrás un tono idéntico (suponiendo que no influyas en ellas con los dedos a lo largo del mástil de la guitarra). Las cuerdas suenan con su frecuencia de resonancia característica al aplicarles cualquier impulso.

Todos los cuerpos que son suceptibles de entrar en vibración u oscilación, sea esta de la velocidad que sea, tienen lo que llamamos una (o varias) frecuencia(s) de resonancia característica. Seguro que de niño has montado en un columpio. ¿Recuerdas que hacías para coger más y más altura? Después del primer impulso, el cual te permitía unos vaivenes moderados, acompañabas el impulso que el columpio ya habia tomado con otros producidos por tí de forma acompasada. De esa manera podías mecerte cada vez a más altura.

El secreto estaba en aplicarle al columpio los impulsos en el momento justo, de manera que coincidieran con su frecuencia de oscilación o resonancia. Sin embargo si el impulso que aplicabas no coincidía con esa frecuencia de oscilación el columpio tendía a oscilar menos. Una vez que habías cogido una altura considerable era fácil mantenerla aplicando solo pequeños impulsos en el momento adecuado. El columpio había entrado en resonancia. ¡¡Pero cuidado!!... si seguimos proporcionando impulsos acompasados muy fuertes la diversión se convertía en un verdadero peligro.

Banner

Otro ejemplo lo tenemos en la copa de cristal que se rompe cuando le aplicamos lo suficientemente cerca (aunque sin llegar a tocarla) un sonido de igual o parecida frecuencia a la de resonancia del objeto. La copa comienza a vibrar y dicha vibración aumenta considerablemente hasta que el cristal de la copa se rompe porque no soporta la intensidad de sus propias vibraciones. Puedes ver un video con este ejemplo aquí.

Hay muchos más ejemplos de resonancia: puentes que se caen por los impulsos del viento, otros puentes que entran en resonancia al pasar a su través un desfile del ejercito marcando el paso, el característico sonido de la campana de una iglesia (siempre suena con la misma tonalidad), el péndulo, la resonancia eléctrica (de la que pronto hablaremos), etc...

Aquí le ponemos fin al estudio de las ondas. Es posible que te haya parecido un poco árido y algo pesado, pero podemos asegurarte que el comprender todo lo que hemos desarrollado referente a las ondas tiene una importancia extrema en el estudio de la radio. Si te quedan lagunas al respecto no dudes en exponerlas en el foro o al departamento técnico si estás registrado. Nos vemos de nuevo en www.radielectronica.es, tu punto de encuentro.

 
C O M E N T A R I O S   
  • Responder citando
  • Citar
RE: Las ondas (V)

#1 LIZ » 05-06-2015 00:08

ME GUSTA ESTA INTERESANTE
(y)
(y)
:roll:

Por favor, usa el sistema de comentarios de manera responsable.

Puedes hacer consultas, exponer tus dudas, solicitar ayuda y añadir información adicional sobre el tema tratado en el artículo.

Muchas gracias de antemano por tu colaboración.

Escribir un comentario



Código de seguridad
Refescar

Esta web utiliza cookies. Puedes ver nuestra política de cookies aquí. Si continuas navegando estás aceptándola.
Política de cookies +