Energía de las ondas: amplitud, frecuencia y pérdida de energía

Energía y ondas

Si alguna vez has estado en un estadio cuando hicieron la ola, probablemente hayas visto que las olas tienen mucha energía. Por supuesto, una ola de física y una ola de estadio no son realmente lo mismo. Pero resulta que sigue siendo cierto en física: las ondas realmente tienen energía.

Las ondas son vibraciones en el espacio y el tiempo que transportan energía. Dado que transportan energía, comprender cómo la energía y las ondas se relacionan entre sí es muy importante si quieres entender las ondas en sí mismas. Realmente no puedes separar energía y ondas.

Pero, ¿qué tienen las ondas que determina cuánta energía tienen? ¿Por qué una onda tiene más energía que otra? ¿Cómo mides esto? Para averiguarlo, hablemos de amplitud y frecuencia.

Contenido de energía: amplitud y frecuencia

La amplitud de una onda es cómo se mide la onda desde la posición de reposo o la línea media hasta la parte superior de una cresta o la parte inferior de una depresión, medida en metros. Una ola con una gran amplitud será particularmente alta y una ola con una aptitud pequeña será particularmente corta.

Resulta que la amplitud te dice cuánta energía hay en la onda. Una onda de alta amplitud es una onda de alta energía y una onda de baja amplitud es una onda de baja energía. En el caso de ondas sonoras, un sonido de alta amplitud será fuerte y un sonido de baja amplitud será silencioso. O con ondas de luz, un haz de luz de gran amplitud será brillante y un haz de luz de baja amplitud será tenue.

Pero la amplitud no es el único factor que afecta la energía de una onda. El otro factor es la frecuencia. La frecuencia es el número de caminos que pasan por cada segundo, medido en hercios. Entonces, una onda de una amplitud particular transmitirá más energía por segundo si tiene una frecuencia más alta, simplemente porque pasan más ondas en un período de tiempo determinado.

De hecho, en el caso de ondas electromagnéticas como luz visible, ondas de radio, microondas, infrarrojos, ultravioleta, rayos X y rayos gamma, la frecuencia y la amplitud le dicen colectivamente cuánta energía se almacena dentro de la onda. Por ejemplo, la luz es una onda, pero también contiene partículas llamadas fotones. Y cada uno de esos fotones contiene una cantidad de energía que es proporcional a la frecuencia. Entonces, la luz de alta frecuencia tiene fotones con altas energías y parece de color azul.

Por tanto, la amplitud y la frecuencia son los dos factores que afectan la energía transferida por una onda: la altura de la onda y el número de ondas que pasan por segundo.

Pérdida de energía

En física decimos que la energía no se puede crear ni destruir, solo se puede mover de un lugar a otro. A eso lo llamamos conservación de energía. Entonces, ¿a qué nos referimos cuando hablamos de pérdida de energía?

Bueno, es posible que la energía no se cree ni se destruya, pero aún puede trasladarse a un lugar que sea menos útil para nosotros. Cuando los ambientalistas hablan de ahorrar energía, lo que quieren decir es que debemos tratar de evitar que la energía se transfiera a lugares donde no podemos usarla. De la misma manera, una onda puede perder energía a medida que viaja a través de un medio, porque la energía puede ser absorbida por ese medio.

La distancia también juega un papel en la pérdida de energía. Por ejemplo, si tiene un altavoz que produce un sonido en una habitación grande, su tímpano solo escuchará una pequeña parte del sonido que se está produciendo. El sonido se produce en muchas direcciones y, por lo tanto, solo algunas de las ondas llegan a su oído para que pueda escucharlo. Los sonidos se extienden desde la fuente y cuanto más lejos esté de un sonido, más este efecto de propagación hará que el sonido sea más bajo cuando lo escuche.

Puede imaginar que el sonido se extiende sobre la superficie de una esfera y, a medida que se aleja del altavoz, esa esfera es más grande y, por lo tanto, la intensidad del sonido es menor. Entonces, la energía que recibe de una ola en comparación con la cantidad de energía que realmente se liberó variará según la distancia. Las olas se extienden y la energía se ‘pierde’.

Resumen de la lección

Las ondas son vibraciones en el espacio y el tiempo que transportan energía. Esto incluye ondas de sonido y ondas de luz. Esas ondas transportan una cantidad de energía que se puede medir. La energía de una onda está determinada por dos variables. Uno es la amplitud, que es la distancia desde la posición de reposo de una ola hasta la parte superior o inferior. Las ondas de gran amplitud contienen más energía. El otro es la frecuencia , que es el número de ondas que pasan por segundo. Si pasan más ondas, se transfiere más energía cada segundo. En el caso de ondas electromagnéticas como la luz, cada fotón individual dentro de la luz tiene una energía que se decide por la frecuencia.

Cuando las olas se mueven, su energía se esparce. Esta propagación puede hacer que el entorno general absorba energía de formas que podrían no ser deseables. A esto lo llamamos pérdida de energía. Por supuesto, la energía no se pierde realmente, simplemente se traslada a un lugar que no es útil. Se recibe menos energía con la distancia, por ejemplo. Cuanto más lejos estés de un altavoz de sonido, más silencioso será el sonido, porque el sonido se movió en todas direcciones: se extendió sobre la superficie de una esfera, y si estás más lejos, esa esfera es más grande. Es por eso que los sonidos son más silenciosos cuanto más lejos está de la fuente.