¿Qué es una onda?

Una onda es una energía que se propaga

Que una onda es la propagación de una perturbación del medio ambiente no es suficiente para entender lo que es una ola.

Que la velocidad, longitud de onda y la frecuencia son las tres propiedades que caracterizan una onda y que la relación entre las tres variables es v = λ * ν no es suficiente para entender lo que una onda.

Que una onda viaja con una velocidad específica que depende de las características del medio de propagación, esto no nos muestra la onda. Que una onda transporta energía sin transporte de material, esto todavía no nos dice nada acerca de la naturaleza de una onda.

Ahora imagine una cuerda que se agita con un gesto verticales. Este simple movimiento atraerá una onda de cierta altura, que parece propagarse a la parte delantera, pero en realidad ningún punto de la cuerda se mueve cada punto va y viene verticalmente. Esta amplitud nos da una idea de la fuerza con cuál se agita la cuerda, pero no de la propia onda.

Para entender lo que es una onda debe retirar la cuerda e imaginar las moléculas de aire se someten a la presión mecánica de la cuerda. En este momento sólo queda en el medio (aire) de la energía, una fuerza generada por el movimiento de la cuerda. Esta energía hace oscilar la presión del aire alrededor de un valor de equilibrio, la presión aumenta y disminuye alternativamente alrededor de este valor. La onda (energía) mueve las moléculas de aire sin transportar las. Mientras se agita la cuerda, podemos medir la distancia entre dos crestas y dos surcos, esta distancia es la longitud de onda medida en metros. El ritmo con cual se agita la cuerda corresponde a la frecuencia de la onda medida en Hertz. La velocidad de la onda medida en metros / segundo es igual a la frecuencia multiplicado por la longitud de onda.

Una onda se propaga en un medio estable, capaz de volver a un estado de equilibrio, para una onda de sonido que es la presión del aire que se mueve en relación a un valor medio, para una onda electromagnética es la intensidad del campo electromagnético que se mueve en relación a un valor medio del campo.

La electricidad puede ser estática, como el ámbar después de ser frotado, atrae a los objetos pequeños. Magnetismo también puede ser estático como un imán. Pero cuando estos campos se mueven juntos, se convierten en ondas electromagnéticas (ver imagen). Las ondas electromagnéticas se forman cuando un campo eléctrico (que se muestra por las flechas rojas) se acopla con un campo magnético (representado por flechas azules). Los campos eléctricos y magnéticos de una onda electromagnética son siempre perpendicular, uno opuesto al otro, pero también perpendicular a la dirección de la onda.

Estos dos tipos de ondas, mecánicos y electromagnéticos, son dos formas de transporte de energía en un medio. Las olas en el agua y las ondas de sonido en el aire son dos ejemplos de ondas mecánicas. Este transporte de energía perturba o hace vibrar la materia (sólido, líquido, gas o plasma) sin transportarla, las moléculas de agua o de aire se entrechocan sino que permanecen en el mismo lugar.

Un campo magnético variable induce un campo eléctrico variable y viceversa, los dos están conectados. Cuando estos dos campos se acoplan (ecuaciones de Maxwell) son ondas electromagnéticas (ver imagen). Las ondas electromagnéticas a diferencia de las ondas mecánicas, no necesitan del medio para propagarse, viajan por todas partes, incluso en el vacío del espacio.

La luz, las ondas electromagnéticas y la radiación vienen todas del mismo fenómeno físico : la energía electromagnética.

Imagen : Las ondas electromagnéticas se forman por la vibración sinusoidal de los campos eléctricos y magnéticos. Estos campos son siempre perpendicular con respecto a la otra, pero perpendicular a la dirección de movimiento de la ola. Una vez formada, esta energía viaja a la velocidad de la luz hasta la siguiente interacción con la materia. Una onda electromagnética es una onda transversal.

nota : La onda se llama transversal si la energía se mueve perpendicularmente a la dirección de desplazamiento de la onda (movimiento del brazo que agita la cuerda o la energía de una roca que cae en el agua). La onda se llama longitudinal si la energía se desplaza en la dirección de desplazamiento de la onda (el imán del altavoz). Una onda puede ser transversal y longitudinal (una varilla llamativo de un tambor).

Frecuencia, longitud de onda y energía

Frecuencia, longitud de onda y la energía están relacionadas matemáticamente, es suficiente saber uno de estos tres valores para calcular los dos otros.

Las microondas y las ondas de radio se describen generalmente en términos de frecuencia (Hertz), la luz infrarroja y visible en términos de longitud de onda (λ), y los rayos X y los rayos gamma en energía (electronvoltios).

La frecuencia de la onda es el número de fenómenos periódicos (crestas y surcos) que se crían en un segundo, se mide en hercios, después Heinrich Hertz (1857-1894), que estableció la existencia de las ondas de radio. De las ondas de radio hasta los rayos gamma, la frecuencia se mide algunos Hertz a 10²⁶ Hertz.

La longitud de onda es la distancia entre dos picos (las ondas electromagnéticas tienen picos y valles similares a las de las olas del mar). Las ondas más largas (ondas de radio) pueden medir unos kilómetros y más, mientras que la longitud de onda más corta (ondas gamma) producidas por el núcleo atómico, puede ser de hasta 10^-12 m (tamaño del núcleo atómico

La energía de la onda electromagnética se mide en electrón-voltios (eV). Un electrón-voltios es la cantidad de energía cinética requerida para mover un electrón a través de un potencial de 1 voltio. La energía más baja es la energía de las ondas de radio (unos pocos eV), mientras que las más altas energías son aquellos rayos gamma. Los rayos gamma son fotones de la radiación de muy alta energía (por encima de 100 keV) suficientes para eliminar un electrón de su órbita. Los rayos gamma son la forma más energética de la luz.

nota : Entre la longitud de onda (λ) y frecuencia (ν) es la relación siguiente : ν = c / λ

ν = frecuencia de la onda en hertz

c = velocidad de la luz en el vacío en m / s

λ = longitud de onda en metro