Ondas longitudinales

Una onda longitudinal es aquella en la que las vibraciones de una magnitud vectorial que se propague lo hacen paralelamente a la dirección de propagación de las ondas.

En la imagen se representan dos instantes de la evolución de una onda longitudinal desplazándose hacia la derecha. Se han representado los límites de dos capas estrechas del material en el que se propaga la onda en colores rojo y azul. Entre los dos instantes la línea roja se ha desplazado hacia la izquierda, mientras que la línea azul se ha desplazado hacia la derecha. Los vectores desplazamiento de las capas del material oscilan paralelamente a la dirección del movimiento de la onda.

Cuando se golpea una barra metálica en un extremo, las distintas capas transversales imaginarias y estrechas de la barra se comprimen y dilatan al paso de la onda. El centro de cada capa tiene un vector de posición respecto de su posición de equilibrio. Este vector realiza vibraciones paralelas a la dirección de propagación de la onda. Se produce una onda longitudinal en la barra cuya velocidad de propagación depende del módulo de Young , E o Y, que se mide en pascales (Pa), y de la densidad, d, del material.

Si se generan oscilaciones de una lámina sólida dentro de un líquido en una dirección, se producen compresiones y depresiones en las sucesivas capas del líquido que se propagan en la misma dirección que la de oscilación de la lámina, produciéndose una onda longitudinal. La velocidad de las ondas en un líquido dependen del módulo de compresibilidad K, que se mide en pascales (Pa), y de la densidad d del líquido.

En el sonido emitido por un altavoz, la membrana acústica vibra produciendo compresiones y depresiones de las capas de aire, de manera que el centro de una estrecha capa de aire oscila paralelamente a la dirección de propagación de la onda. El vector desplazamiento del centro de cada capa oscila paralelamente a la dirección de propagación de la onda. Las ondas se desplazan muy rápidamente en un gas, de manera que en las oscilaciones de las partículas no hay tiempo de conversión de la energía cinética de oscilación en energía térmica, por lo que el proceso es adiabático. La velocidad de propagación de las ondas en un gas depende del módulo de compresibilidad adiabático K_adiabática , que se mide en pascales (Pa), y de la densidad del gas, d.

En la siguiente imagen se esquematiza la formación de un sonido, mediante las oscilaciones de una membrana, y la propagación del mismo, produciéndose una onda longitudinal, en la que los vectores desplazamiento de los centros de las capas de aire oscilan paralelamente a la dirección de propagación. En este proceso oscila y se propaga la presión del aire.