Artículos sobre la fórmula de definición y los tipos de ondas mecánicas.
DEFINICIÓN DE ONDAS MECÁNICAS
Si sujetas un extremo de la cuerda y la haces vibrar hacia arriba y hacia abajo, aparece una onda que se propaga a lo largo de ella. O si dejas caer una piedra al agua, aparecerán ondas en la superficie. La cuerda y el agua solo oscilan verticalmente, no horizontalmente. Las ondas en una cuerda y las ondas en el agua son ejemplos de ondas mecánicas.
Las ondas mecánicas son ondas que se propagan a través de un medio. Ejemplos de ondas mecánicas son las ondas en cuerdas o hilos, las ondas en el agua, las ondas sonoras que se propagan en el aire y las ondas sísmicas que se propagan en el suelo. Las ondas pueden viajar largas distancias mientras el medio a través del cual vibran se encuentre cerca del punto de equilibrio.
TIPOS DE ONDAS MECÁNICAS
Según su forma, las ondas mecánicas se dividen en dos tipos: ondas transversales y ondas longitudinales.
Las ondas transversales son aquellas que se producen cuando la dirección del movimiento ondulatorio es perpendicular a la dirección del movimiento de las partículas. Por ejemplo, las ondas en una cuerda o en el agua.
Si las ondas en la cuerda se mueven horizontalmente, las partículas en la cuerda se mueven verticalmente. Del mismo modo, si las ondas de agua se mueven horizontalmente, las partículas de agua se mueven verticalmente.
Las ondas longitudinales son aquellas que se producen cuando la dirección del movimiento ondulatorio es paralela a la dirección del movimiento de las partículas. Por ejemplo, las ondas en los resortes y las ondas sonoras en el aire.
Si la onda en el resorte se mueve en dirección horizontal, entonces la densidad y la deformación que se forman en el resorte también se mueven de un lado a otro en dirección horizontal.
Del mismo modo, si la onda sonora se mueve en dirección vertical, el aire se contrae y se estira en esa misma dirección.
Las ondas sísmicas constan de ondas transversales (llamadas ondas de cizallamiento) y ondas longitudinales (llamadas ondas de presión).
FÓRMULA DE ONDA MECÁNICA
Fórmula de la onda transversal
Para describir las ondas se utilizan varias magnitudes, a saber: amplitud (A), frecuencia (f), período (T) y velocidad de la onda (v).
La amplitud es la desviación máxima. El periodo es el intervalo de tiempo entre dos crestas/valles sucesivos que pasan por el mismo punto en el espacio. La frecuencia es el número de picos/valles que pasan por el mismo punto por unidad de tiempo.
Las ondas mecánicas se mueven a una velocidad determinada. La fórmula de la velocidad de la onda es:
v = λ f = λ/T
v = velocidad de la onda, λ = longitud de onda, f = frecuencia, T = período.
La unidad internacional de longitud de onda es el metro, la unidad de frecuencia es el hercio y la unidad de período es el segundo. La unidad de velocidad de onda es metros por segundo.
Problema de ejemplo:
Una onda transversal en una cuerda tiene una frecuencia de 2 Hz (dos crestas de onda pasan por el mismo punto en el espacio durante 1 segundo) y una longitud de onda de 3 metros (la distancia entre las dos crestas más cercanas es de 2 metros). ¿Cuál es la velocidad de la onda?
Conocido:
Frecuencia (f) = 2 Hz
Longitud de onda (λ) = 3 metros
Se busca: Velocidad (v)
La Solución:
v = λ f = 3 (2) = 6 m/s
La velocidad de una onda transversal en un medio depende de la naturaleza del medio a través del cual se propaga. Por ejemplo, la velocidad de la onda en una cuerda (cuerda, alambre) depende de la tensión en la cuerda (FT) y de la densidad de masa de la cuerda (la masa de la cuerda por unidad de longitud).
Problema de ejemplo:
Una onda de 1 metro de longitud se propaga por una cuerda de 100 metros de longitud y 2 kg de masa. La tensión en la cuerda es de 200 N. ¿Cuál es la velocidad de la onda en la cuerda?
Conocido:
Longitud de onda (λ) = 1 metro
La longitud de la cuerda (L) = 100 metros
La masa de la cuerda (m) = 2 kg
La tensión en la cuerda (T) = 200 N
Se busca: Velocidad de las ondas en una cuerda (v)
La Solución:
La fórmula de la onda longitudinal
La velocidad de las ondas longitudinales en un medio depende de la naturaleza del medio a través del cual se propagan. La velocidad de las ondas longitudinales que se propagan en varillas sólidas se calcula mediante la fórmula:
v = velocidad de la onda, E = módulo de elasticidad de Young, ρ = densidad
Problema de ejemplo:
Calcula la velocidad de la onda sonora que viaja a lo largo del riel de acero. El módulo de elasticidad del acero joven es de 2 x 10¹¹ N/m² y la densidad del acero es de 7.8 x 10³ kg /m³.
Conocido:
El módulo de elasticidad del acero (E) = 2 x 10¹¹ N/ m²
Densidad del acero (ρ) = 7.8 x 10³ kg / m³
Se busca: Velocidad de las ondas sonoras
La Solución:
La velocidad de las ondas longitudinales que se propagan en líquidos y gases se calcula mediante la fórmula: v = velocidad de la onda, B = módulo de compresibilidad, ρ = densidad
Problema de ejemplo:
¿Cuál es la velocidad de las ondas longitudinales cuando viajan a través del agua?
Módulo de compresibilidad del agua (B) = 2 x 10⁹ N / m²
La densidad del agua (ρ) = 1000 kg/ m³
La Solución:
Velocidad de la onda longitudinal al propagarse en el agua:
