Fenómenos ondulatorios: reflexión, refracción, difracción e interferencia
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Las ondas no siempre viajan en línea recta y sin cambios. Rebotan en las paredes, se doblan al cambiar de medio, rodean obstáculos y se combinan entre sí. Estos comportamientos, comunes al sonido, al agua y a la luz, se llaman fenómenos ondulatorios.
Reflexión
Es el rebote de una onda cuando choca con una superficie que separa dos medios y regresa al medio de donde venía.
El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión (ambos medidos respecto a la normal, la línea perpendicular a la superficie).
La velocidad, la frecuencia y la longitud de onda no cambian al reflejarse.
Ejemplos: el eco; el sonar de los barcos y los murciélagos, que calculan distancias midiendo el tiempo del eco.
Ejemplo numérico: un grito se refleja en una montaña y el eco se escucha 2 s después. El sonido fue y volvió, así que la montaña está a m.
Refracción
Es el cambio de dirección de una onda al pasar de un medio a otro en el que viaja a distinta velocidad.
- Lo que no cambia es la frecuencia (la impone la fuente).
- Cambian la velocidad y la longitud de onda ().
Ejemplos: las olas que se doblan al llegar a la playa, porque viajan más lento en aguas poco profundas; el sonido, que de noche se escucha más lejos porque se curva en capas de aire a distinta temperatura. La refracción de la luz se estudia en óptica.
Difracción
Es la capacidad de una onda para rodear obstáculos o abrirse al pasar por una abertura. Es más notable cuando el tamaño del obstáculo o de la abertura es parecido a la longitud de onda.
Ejemplo: puedes oír a alguien que habla en otro cuarto aunque no lo veas, porque las ondas sonoras (de longitud de onda de metros) rodean la puerta, mientras que la luz (de longitud de onda muy pequeña) casi no se difracta.
Interferencia
Cuando dos ondas coinciden en el mismo lugar, se suman (principio de superposición):
- Interferencia constructiva: cresta con cresta. La amplitud resultante es mayor.
- Interferencia destructiva: cresta con valle. Las ondas se cancelan total o parcialmente.
- onda 1
- onda 2 (en fase)
- suma: interferencia constructiva
Ejemplos: los audífonos con cancelación de ruido generan una onda opuesta al ruido para anularlo (interferencia destructiva); los colores de una burbuja de jabón se deben a la interferencia de la luz.
Ondas estacionarias
Cuando una onda y su reflejo interfieren en una cuerda con los extremos fijos, se forma una onda estacionaria: hay puntos que no se mueven (nodos) y puntos que oscilan al máximo (antinodos). Es lo que ocurre en las cuerdas de una guitarra.
Energía de una onda
Una onda transporta energía proporcional al cuadrado de su amplitud (y al cuadrado de su frecuencia). Si la amplitud se duplica, la energía se cuadruplica.
Cuando una onda llega a la frontera entre dos medios, su energía se reparte: una parte se refleja, otra se transmite al segundo medio y otra puede ser absorbida. Por la conservación de la energía, la suma de las energías reflejada, transmitida y absorbida es igual a la energía de la onda incidente. Los materiales que absorben sonido, como el corcho o la espuma, se usan para aislar estudios de grabación.
Comprueba lo aprendido
1. ¿Qué característica de una onda no cambia al refractarse?
La frecuencia. Cambian la velocidad y la longitud de onda.
2. ¿Cómo se llama la superposición de una cresta con un valle que se anulan?
Interferencia destructiva.
Practica con los ejercicios resueltos de esta unidad:
Referencias
- Hewitt, P. G. (2007). Física conceptual (10.ª ed.). Pearson Educación.
- Serway, R. A. y Jewett, J. W. (2018). Física para ciencias e ingeniería (10.ª ed.). Cengage Learning.
- Colegio Nacional de Matemáticas. Guía práctica para el examen de ingreso a la universidad. Pearson Educación (temario de referencia).
