Ciencia

Rarefacción de ondas: definición y curvas

Por Rodrigo Ricardo

Definición de una ola

Las ondas están en todas partes en la naturaleza, y comprenderlas es una parte importante para explicar el mundo en su conjunto. La rarefacción de una onda es una característica particular de una onda longitudinal en la que la vibración es paralela a la dirección del movimiento. Para explicar esto mejor, primero debemos responder a la pregunta: ¿qué es una ola?

Las ondas son vibraciones en el tiempo y el espacio que transportan energía. Las ondas pueden transportar enormes cantidades de energía, como en un terremoto, por ejemplo. Cuando ocurre un terremoto, la primera ola que llega es una onda longitudinal; esto se llama una onda primaria , o de la onda P . Cada sonido que escuchas es también una onda longitudinal. Como veremos más adelante, todas las ondas longitudinales tienen rarefacciones.

Ondas longitudinales

Como dijimos al comienzo de la lección, las ondas longitudinales son ondas en las que la vibración se mueve en paralelo a la dirección en la que avanza la onda. Eso puede ser difícil de imaginar, así que busquemos ayuda de un Slinky. Si estira un Slinky sobre una mesa y lo empuja a lo largo de su longitud, la energía de su mano transmitirá un pulso a lo largo del Slinky de un extremo al otro. Esta es una onda longitudinal y se parece a esto:

Por el contrario, se crea una onda transversal cuando una vibración está a 90 grados, o en ángulo recto, con respecto a la dirección en la que avanza la onda. Eso es lo que sucede cuando mueves ese mismo Slinky de lado a lado, enviando una ola a lo largo de su longitud. Las ondas transversales, que incluyen todas las ondas de luz, no tienen rarefacciones ni compresiones, algo de lo que hablaremos en un minuto. Una onda transversal se parece a esto:

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Un ejemplo de onda transversal es la luz del sol, que como todas las ondas electromagnéticas , es una vibración de campos eléctricos y magnéticos. Esa vibración está a 90 grados en la dirección en que se mueve la onda, lo que la convierte en una onda transversal: no tiene compresiones ni rarefacciones.

Rarefacción y compresión

Debido a que una onda tiene rarefacciones, también tiene compresiones. Aquí hay una imagen de una onda longitudinal, con sus principales características de rarefacciones y compresiones:

Lo principal a notar aquí es que una onda longitudinal está formada por partes comprimidas y partes sueltas. Una compresión es el área de la onda (o Slinky) que se junta. Esta es la cresta o pico de la ola. Una rarefacción es el área de una ola (o Slinky) que se extiende. Este es el valle de la ola. También puede pensar en una rarefacción en términos de densidad: la rarefacción es la parte de la onda que tiene la densidad más baja.

Aquí hay un gráfico de la densidad de partículas trazada contra la posición de una onda de sonido:

Como puede ver, la densidad de partículas varía en una forma de onda perfecta. Los lugares donde la densidad de partículas es más baja, las depresiones, son las rarefacciones.

Creando rarezas

Digamos que tomas una guitarra y tocas una de las cuerdas. Esa onda de sonido te llega a través de vibraciones en el aire: las cuerdas empujan el aire, las partículas de aire se empujan entre sí, hasta que finalmente algunas de esas partículas de aire empujan tu tímpano. Esto le permite a su cerebro detectar el sonido.

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Pero si ralentizara la vibración de la cuerda, vería que a medida que la cuerda se mueve hacia adelante, en la dirección de nuestro oído, las moléculas de aire también se empujan hacia adelante, se comprimen juntas. A medida que la cuerda se mueve hacia atrás, esto crea un área de menor presión, y esta es la rarefacción. Todas las ondas sonoras se mueven longitudinalmente, por lo que todas tienen rarefacciones.

Resumen de la lección

Las ondas longitudinales son ondas en las que la vibración es paralela a la dirección del movimiento. Estas ondas contienen compresiones (áreas de alta densidad) y rarefacciones (áreas de baja densidad). Las rarefacciones son los valles de la ola. Cuando una cuerda vibra, se mueve hacia adelante y hacia atrás. Cuando retrocede, deja un área de baja presión frente a él que forma la rarefacción. Todo el sonido viaja en ondas longitudinales, por lo que las ondas sonoras tienen rarefacciones. A medida que viaja en ondas transversales , la luz no tiene rarefacciones.

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