Ondas mecánicas: tipos, elementos y velocidad de propagación

Cuando lanzas una piedra a un estanque, el agua no viaja hasta la orilla; lo que viaja es una perturbación que hace subir y bajar el agua. Eso es una onda: una forma de transportar energía sin transportar materia.

¿Qué es una onda mecánica?

Una onda mecánica es una perturbación que se propaga a través de un medio material (sólido, líquido o gas). Las partículas del medio oscilan alrededor de su posición, pero no avanzan con la onda. Ejemplos: el sonido, las olas, las ondas en una cuerda y las ondas sísmicas.

Las ondas mecánicas no se propagan en el vacío; por eso en el espacio no hay sonido. Las ondas que sí pueden viajar por el vacío, como la luz, son ondas electromagnéticas.

Ondas transversales y longitudinales

Elementos de una onda

• onda

• Cresta y valle: los puntos más alto y más bajo de la onda.
• Amplitud ($A$): la máxima separación respecto a la posición de equilibrio. Se relaciona con la energía que transporta la onda (en el sonido, con el volumen).
• Longitud de onda ($\lambda$): la distancia entre dos crestas (o dos valles) consecutivas. Se mide en metros.
• Periodo ($T$): el tiempo que tarda en completarse una oscilación. Se mide en segundos.
• Frecuencia ($f$): el número de oscilaciones por segundo. Se mide en hertz (Hz). En el sonido, determina el tono (agudo o grave).

$$f = \frac{1}{T}$$

Velocidad de propagación

En un periodo, la onda avanza una longitud de onda, así que:

$$v = \frac{\lambda}{T} = \lambda\,f$$

La velocidad de una onda depende del medio, no de la fuente. Por ejemplo, el sonido viaja a unos 340 m/s en el aire, a unos 1 500 m/s en el agua y a más de 5 000 m/s en el acero.

Ejemplo 1: una onda en una cuerda tiene una frecuencia de 50 Hz y una longitud de onda de 2 m.

$$v = \lambda f = 2(50) = 100\ \text{m/s}$$

Ejemplo 2: ¿cuál es la longitud de onda de un sonido de 680 Hz en el aire?

$$\lambda = \frac{v}{f} = \frac{340}{680} = 0.5\ \text{m}$$

Ejemplo 3: una boya sube y baja 30 veces en un minuto. Su frecuencia es $f = \dfrac{30}{60} = 0.5$ Hz y su periodo es $T = \dfrac{1}{0.5} = 2$ s.

El sonido

• Es una onda longitudinal que se propaga por compresiones del aire.
• El oído humano percibe frecuencias entre unos 20 Hz y 20 000 Hz. Por debajo están los infrasonidos (los usan los elefantes) y por encima los ultrasonidos (los usan los murciélagos y los equipos médicos de ultrasonido).
• Eco: el sonido reflejado que se escucha por separado del original.

Comprueba lo aprendido

1. ¿El sonido es una onda transversal o longitudinal?Ver respuestaOcultar respuesta

Longitudinal: las partículas del aire vibran en la misma dirección en que avanza el sonido.

2. Una onda tiene un periodo de 0.25 s. ¿Cuál es su frecuencia?Ver respuestaOcultar respuesta

$f = \dfrac{1}{0.25} = 4$ Hz.

Practica con los ejercicios resueltos de esta unidad:

Ejercicios resueltos de ondas

Referencias

• Hewitt, P. G. (2007). Física conceptual (10.ª ed.). Pearson Educación.
• Tippens, P. E. (2011). Física: conceptos y aplicaciones (7.ª ed.). McGraw-Hill.
• Colegio Nacional de Matemáticas. Guía práctica para el examen de ingreso a la universidad. Pearson Educación (temario de referencia).

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