Ondas y sonido: amplitud, frecuencia y longitud de onda

Ideas clave

• Una onda es una perturbación, es decir, una sacudida que se aleja del lugar donde se produjo. Se propaga por un medio, o por el vacío, y transporta energía de un lugar a otro sin transportar materia. Una boya en el mar sube y baja cuando pasa una ola, pero no avanza con ella. Cada subida y bajada es una oscilación completa: sube, baja y vuelve a su altura de partida. Una pelota lanzada, en cambio, sí lleva materia.
• Un pulso es una perturbación única, como un golpe seco en una cuerda tensa. Una onda periódica es una sucesión de perturbaciones iguales que se repiten, producida por una fuente que vibra de forma regular.
• La amplitud es la máxima separación entre un punto de la onda y su posición de equilibrio, es decir, la altura en que estaría ese punto si no pasara ninguna onda (la cuerda quieta, el mar plano), y se mide en metros. Mientras mayor es la amplitud, más energía transporta la onda. La longitud de onda, $\lambda$, es la distancia entre dos puntos consecutivos que están en la misma etapa de la oscilación, por ejemplo entre dos crestas, y también se mide en metros.
• El periodo, $T$, es el tiempo que tarda una oscilación completa, y se mide en segundos. La frecuencia, $f$, es el número de oscilaciones por segundo, y se mide en hertz (Hz): $1$ Hz es una oscilación por segundo. El periodo y la frecuencia son inversos: $f = \frac{1}{T}$.
• La rapidez de la onda, $v$, es la distancia que recorre por unidad de tiempo. En un periodo la onda avanza una longitud de onda, así que $v = \frac{\lambda}{T} = \lambda \cdot f$. La rapidez depende del medio: si la fuente vibra más rápido, sube $f$ y baja $\lambda$, pero $v$ no cambia mientras el medio sea el mismo.
• Según el medio que necesitan, las ondas son mecánicas, si requieren un medio material (una cuerda, el agua, el aire), o electromagnéticas, si pueden viajar por el vacío (la luz, las ondas de radio).
• Según la dirección de la vibración, son transversales, si el medio vibra perpendicular a la dirección en que avanza la onda, o sea en cruz con ella (una cuerda sacudida hacia arriba y abajo), o longitudinales, si vibra en la misma dirección (un resorte que se comprime y se estira). El sonido en el aire es un ejemplo de onda longitudinal; su tono y su intensidad no se estudian en esta guía. Las olas del agua son superficiales y combinan ambos movimientos.
• Cuando una onda llega al límite entre dos medios, parte se refleja (rebota), parte se refracta (pasa al otro medio y cambia de rapidez) y parte se absorbe (su energía queda en el medio). Con un resorte amarrado a una pared se ve cómo el pulso vuelve.

Reglas y fórmulas

Ejemplos resueltos