Ondas mecánicas: producción y propagación

Publicado el 9 noviembre, 2020 por Rodrigo Ricardo

Definición de ondas mecánicas

Una onda mecánica es una onda que es una vibración en la materia que transfiere energía a través de un material. No todas las olas son así. Por ejemplo, las ondas electromagnéticas como la luz visible no son mecánicas porque pueden viajar a través del vacío del espacio para llegar a nosotros desde el sol. Las ondas mecánicas incluyen ondas de agua, ondas de sonido, ondas de terremoto y muchas más. Como todas las olas, las de la variedad mecánica tienen picos o crestas y valles. También tienen una frecuencia , que es el número de ondas que pasan por segundo, y una longitud de onda , que es la distancia de un pico al siguiente, o de un valle al siguiente.

Producción de ondas mecánicas

Para crear una onda mecánica, se debe poner en ella algo de energía inicial. Esta es la energía que luego será transferida por la ola. La forma de proporcionar esta energía depende del medio y el tipo de onda. Por ejemplo, podrías dejar caer una piedra en un poco de agua para crear una ola de agua. También puede hablar en voz alta para crear una onda de sonido, o puede mover un Slinky hacia arriba y hacia abajo para crear una ola en el Slinky. Pero de cualquier manera, la energía que gastas para hacer la acción es lo que crea la ola y le da la energía para transferir.

Propagación de ondas mecánicas

Las ondas mecánicas se pueden dividir en tres categorías principales según la forma en que viajan, lo que se conoce como propagación . Los tres tipos de propagación son:

Una onda transversal es aquella que vibra a 90 grados en la dirección en que se mueve la onda. Por ejemplo, si sostienes un Slinky entre las dos manos y lo sacudes hacia arriba y hacia abajo, obtendrás una ola que se mueve a lo largo del Slinky, pero las vibraciones seguirán siendo arriba y abajo. Las olas submarinas también son transversales.

Una onda longitudinal es aquella en la que las vibraciones son paralelas a la dirección en la que se mueve la onda. Es como enviar un pulso a lo largo de un Slinky, empujándolo a lo largo. En lugar de picos y depresiones, las ondas longitudinales tienen compresiones , áreas donde el Slinky está agrupado y rarefacciones , áreas donde el Slinky se separa. Otro ejemplo de onda longitudinal es una onda de sonido. Aunque no puede ver las moléculas de aire, si pudiera, notaría que el sonido involucra moléculas de aire que chocan entre sí, produciendo áreas con altas densidades de moléculas (compresiones) y áreas con bajas densidades de moléculas (rarefacciones).

Por último, una onda de superficie es una onda que viaja a lo largo del límite entre dos materiales. Por ejemplo, el tipo de ola de agua que ve con más frecuencia, a lo largo de la superficie del agua, es un ejemplo de ola de superficie. Las ondas superficiales se mueven de forma similar a las ondas transversales, pero su comportamiento es un poco más complicado.

En el caso de un terremoto, se obtiene una mezcla de los tres tipos de ondas. El terremoto inicial, llamado onda primaria, es longitudinal, pero la réplica que viene después, la onda secundaria, es transversal. También se crean ondas superficiales adicionales.

Factores que afectan las ondas mecánicas

Las ondas mecánicas se mueven a través de un medio y, por eso, la naturaleza de ese medio les afecta. Para que el material permita el paso de una onda mecánica, debe tener cierta elasticidad. La elasticidad es la rapidez con la que el material vuelve a su forma original cuando se estira. La elasticidad exacta afectará la rapidez con que las ondas pueden viajar a través del material. Aquellos con mayor elasticidad tienen una velocidad de onda más rápida, porque vuelven a su forma original más rápido, lo que permite que las vibraciones en el material se muevan más rápidamente.

Otros factores que afectan la velocidad de las ondas mecánicas incluyen:

  • La tensión es la fuerza que se utiliza para estirar un material. Una banda de goma estirada está bajo tensión, por ejemplo.
  • La temperatura es una medida de la rapidez con que se mueven las moléculas de una sustancia.
  • La densidad es qué tan apretadas están las moléculas en una sustancia.

Las temperaturas y tensiones más altas conducen a velocidades de onda más rápidas, ya que las partículas pueden viajar más lejos antes de transferir su energía a la siguiente partícula. Las densidades más altas conducen a una velocidad de onda más baja, porque las partículas no viajan tan lejos antes de chocar contra otra.

Resumen de la lección

Una onda mecánica es una vibración en la materia que transfiere energía a través de un material. Las ondas mecánicas tienen picos y valles, frecuencias y longitudes de onda. La frecuencia es el número de ondas por segundo y la longitud de onda es la distancia de un pico al siguiente. Una onda mecánica se crea poniendo energía en ella. Puede hacerlo, por ejemplo, haciendo un sonido o arrojando una piedra al agua para crear ondas.

Las ondas mecánicas se diferencian por la forma en que viajan, llamada propagación . Los tres tipos de ondas mecánicas son transversales, longitudinales y superficiales. Las ondas superficiales corren a lo largo del borde entre dos materiales; Las ondas transversales son ondas en las que la vibración es de 90 grados con respecto a la dirección del movimiento; y las ondas longitudinales se producen cuando la vibración es paralela a la dirección del movimiento.

Las ondas mecánicas se ven afectadas por la naturaleza del material o medio por el que se mueven. Esto incluye la elasticidad o la rapidez con que el material vuelve a su forma original cuando se estira; tensión , o cuánta fuerza se está utilizando para estirar un material; temperatura , o una medida de la rapidez con que se mueven las moléculas de una sustancia; y densidad , o qué tan apretadas están las moléculas en una sustancia. Los materiales con mayor elasticidad, temperatura y tensión tienen velocidades de onda más rápidas. Los materiales con mayor densidad tienen velocidades de onda más lentas.

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