Diagrama de frente de onda: definición y aplicaciones

Imaginando olas

Imagina que estás en el océano, mirando las olas que golpean la orilla. O, mientras está parado cerca de un estanque quieto, arroja una piedra y observa cómo las ondas se expanden desde el centro. Estamos familiarizados con las olas dentro del agua y podemos imaginarnos fácilmente este tipo de olas. Pero las ondas de luz y sonido tienden a ser más difíciles de entender porque no podemos imaginarlas. Pero se comportan de manera muy similar a las olas en el agua.

Mire esta imagen de ondas en el agua:

El agua se mueve en círculos desde la fuente de la gota.

Las ondas proceden en un círculo, desde el centro. Todas las ondas ocurren en un círculo desde la fuente. Pero, la mayor parte del tiempo estamos mirando la onda desde demasiado lejos, por lo que parece una línea recta; por lo tanto, normalmente representamos las ondas como una línea recta.

Imaginemos las olas del océano a medida que suben y bajan, creando crestas y valles. Si tuvieras que ver una sola ola, subiría y bajaría en tamaños consistentes. Si siguiéramos este patrón hacia arriba y hacia abajo, terminaríamos con un patrón como este:

Una sola ola se mueve constantemente hacia arriba y hacia abajo

Ahora, si tuviéramos que seguir varias de estas mismas olas, las crestas (frente de onda) y valles se alinearían:

El mismo tipo de olas de la misma fuente se alinean en las crestas y valles

A continuación, si simplemente dibujáramos las líneas que muestran dónde se alinean las crestas, terminaríamos con un montón de líneas una al lado de la otra:

Este diagrama que simplemente muestra qué tan separados están los frentes de onda se llama diagrama de frente de onda .

Aplicación del diagrama de frente de onda

¿Cuál es el propósito de un diagrama de frente de onda? Parece un poco tonto, es un montón de líneas que están espaciadas uniformemente. Ya sabemos que una ola tiene crestas que aparecen en intervalos consistentes. Entonces, ¿qué nos muestra un diagrama de frente de onda que aún no sepamos?

Digamos que le dieron un diagrama de frente de onda que se ve así:

Este diagrama de frente de onda muestra la frecuencia de los frentes de onda disminuyendo con el tiempo.

Los frentes de onda se están alejando cada vez más. ¿Qué nos dice esto? Nos dice que la fuente del sonido se está alejando de nosotros (o nos estamos alejando del sonido). Por lo tanto, un diagrama de frente de onda puede demostrar fácilmente el movimiento hacia o desde la fuente del sonido (o luz, o cualquier otra fuente de onda).

Pero, hace más que simplemente decirnos si la fuente se está alejando de nosotros, hacia nosotros o si permanece quieta. De hecho, podemos calcular la velocidad. Para calcular la velocidad, necesitamos conocer la frecuencia original de la onda, la frecuencia observada de la onda y la velocidad de la onda. El cambio en la frecuencia de las ondas a medida que nos movemos o la fuente se llama efecto Doppler .

La ecuación será ligeramente diferente según la situación. Hay cuatro situaciones posibles:

• Nos estamos moviendo hacia la fuente (a)
• Nos alejamos de la fuente (b)
• La fuente se mueve hacia nosotros (c)
• La fuente se aleja de nosotros (d)

Estas ecuaciones se pueden utilizar para determinar el cambio en la frecuencia o se pueden reorganizar para determinar la velocidad.

f ‘ : frecuencia observada de la onda

f: frecuencia inicial de la onda

v o : velocidad del observador

onda v : velocidad de onda

v s : velocidad de la fuente

Resumen de la lección

Un diagrama de frente de onda nos muestra con qué frecuencia se ve la cresta de una onda. En circunstancias normales, esto será simplemente un diagrama con líneas separadas a la misma distancia, ya que las crestas de las olas se encuentran a distancias consistentes entre sí. Pero si nosotros o la fuente de la onda nos estamos moviendo, entonces vemos un cambio en la frecuencia de la onda; este cambio se llama efecto Doppler . Podemos usar las frecuencias inicial y observada para determinar la velocidad del movimiento.