En esta lección
- Video de la lección (próximamente)
- Apuntes de la lección
- Ejemplos resueltos
- Ideas clave
- Alineación con NGSS
Llévatelo
- Diapositivas de la lección (en inglés) (PDF)
- Hoja de práctica (próximamente)
Pregunta esencial
¿Qué es una onda y qué transporta?
Las ondas en un estanque, el sonido de una bocina y la luz del Sol son ondas. Al final de esta lección, deberías poder explicar qué transporta una onda, distinguir entre ondas transversales y longitudinales, y nombrar las partes de una onda.
El video de la lección llegará pronto. Mientras tanto, lee la lección que aparece abajo.
¿Qué es una onda?
- Una perturbación que se mueve
- Transporta energía
- La materia se queda en su lugar
Una onda es una perturbación que viaja de un lugar a otro. Cuando una ondulación pasa junto a un corcho que flota, el corcho sube y baja, pero no viaja junto con la onda. El agua casi siempre se queda donde está. Lo que realmente viaja es energía. Una onda transporta energía, no materia.
Ondas mecánicas y electromagnéticas
- Las ondas mecánicas necesitan un medio
- Medio: el material que ondula
- Las ondas EM pueden cruzar el espacio vacío
Las ondas mecánicas necesitan un medio, el material por el que viaja la onda. El sonido viaja por el aire, las ondas del agua viajan por el agua y las ondas de una cuerda viajan a lo largo de la cuerda. Sin un medio no hay onda mecánica, y por eso en el espacio no hay sonido. Las ondas electromagnéticas (EM), como la luz y la radio, no necesitan un medio. La luz del Sol cruza unos 150 millones de kilómetros de espacio casi vacío para llegar a la Tierra.
Ondas transversales
- Las partículas se mueven perpendicularmente a la onda
- Como sacudir una cuerda hacia arriba y hacia abajo
- La luz es transversal
En una onda transversal, las partículas del medio se mueven perpendicularmente (en ángulo recto) a la dirección en que viaja la onda. Si sacudes una cuerda hacia arriba y hacia abajo, cada trozo de cuerda sube y baja mientras la onda viaja de lado a lo largo de la cuerda. La luz y las demás ondas EM son transversales.
Ondas longitudinales
- Las partículas se mueven paralelamente a la onda
- Compresiones y rarefacciones
- El sonido es longitudinal
En una onda longitudinal, las partículas del medio se mueven de un lado a otro paralelamente a la dirección en que viaja la onda. Si empujas y jalas un extremo de un resorte de juguete, verás que por el resorte viajan regiones apretadas llamadas compresiones y regiones estiradas llamadas rarefacciones. El sonido es una onda longitudinal: las moléculas del aire se aprietan y se separan conforme pasa el sonido.
Partes de una onda transversal
- Cresta: el punto más alto
- Valle: el punto más bajo
- Equilibrio: la posición de reposo
Todas las ondas transversales tienen las mismas partes básicas. La cresta es el punto más alto de la onda y el valle es el punto más bajo. La línea de equilibrio es donde estaría el medio si no hubiera ninguna onda. Una onda oscila por encima y por debajo de su línea de equilibrio.
Amplitud y longitud de onda
- Amplitud A: del equilibrio a la cresta
- Longitud de onda λ: un ciclo completo
- Mide λ de cresta a cresta
La amplitud (A) es la distancia de la línea de equilibrio a una cresta (o a un valle). No es la distancia de la cresta al valle. La longitud de onda (λ, la letra griega lambda) es la longitud de un ciclo completo de la onda, medida de una cresta a la siguiente cresta, o de un valle al siguiente valle. La longitud de onda es una longitud, así que se mide en metros.
Amplitud y energía
- Mayor amplitud, más energía
- Sonidos fuertes: amplitud grande
- Olas altas del océano: amplitud grande
Mientras mayor es la amplitud, más energía transporta la onda. Una ondulación suave tiene una amplitud pequeña y poca energía, mientras que una ola de tormenta que puede tirarte tiene una amplitud grande. En el sonido, una amplitud mayor significa un sonido más fuerte. Fíjate en que las dos ondas de aquí tienen la misma longitud de onda. La amplitud y la longitud de onda son propiedades distintas.
Ejemplos resueltos
Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.
Ejemplo 1: Lectura de una gráfica de onda
La gráfica muestra una onda en una cuerda. Las crestas llegan a 3 cm sobre el equilibrio en 0.5 m, 2.5 m y 4.5 m. Encuentra la amplitud y la longitud de onda.
Mostrar la solución
- Amplitud: lee la altura de una cresta sobre la línea de equilibrio (0 cm): A = 3 cm
- Longitud de onda: encuentra dos crestas vecinas: 0.5 m y 2.5 m
- Resta: λ = 2.5 m − 0.5 m
- Respuesta: λ = 2.0 m
También podrías medir de valle a valle (de 1.5 m a 3.5 m) y obtendrías la misma longitud de onda.
Ejemplo 2: Conteo de longitudes de onda
Una onda en una cuerda muestra exactamente 3 longitudes de onda completas a lo largo de un tramo de 4.5 m. ¿Cuál es la longitud de onda?
Mostrar la solución
- Datos: caben 3 longitudes de onda en 4.5 m
- Ecuación: λ = longitud total ÷ número de longitudes de onda
- Sustituye: λ = 4.5 m ÷ 3
- Respuesta: λ = 1.5 m
Ejemplo 3: De la cresta al valle
Un bote pasa sobre las olas del océano. Se mueve 1.2 m desde lo alto de una cresta hasta el fondo de un valle. ¿Cuál es la amplitud de las olas?
Mostrar la solución
- Datos: de la cresta al valle = 1.2 m
- Relación: de la cresta al valle son dos amplitudes: una arriba del equilibrio y otra abajo
- Sustituye: A = 1.2 m ÷ 2
- Respuesta: A = 0.60 m
Error común: responder 1.2 m. La amplitud se mide desde el equilibrio, no de la cresta al valle.
Ejemplo 4: La ola del estadio
Los aficionados hacen “la ola”: cada persona se para y se sienta conforme la onda recorre el estadio. ¿Es transversal o longitudinal? ¿Algún aficionado recorre el estadio?
Mostrar la solución
- Movimiento de los aficionados: cada aficionado se mueve hacia arriba y hacia abajo
- Movimiento de la onda: la onda viaja de lado alrededor del estadio
- Compara: arriba y abajo es perpendicular a de lado
- Respuesta: transversal. Ningún aficionado recorre el estadio. Cada aficionado se queda en su asiento. Solo viaja la energía (la perturbación).
Práctica
La hoja de práctica llegará pronto.
Diapositivas de la lección
Ideas clave
- Las ondas transportan energía, no materia
- Las ondas mecánicas necesitan un medio; las EM no
- Transversal: perpendicular. Longitudinal: paralelo
- λ: de cresta a cresta. Mayor A, más energía
De vuelta a la pregunta esencial: una onda es una perturbación que transporta energía de un lugar a otro sin llevar materia consigo. Las ondas pueden ser transversales o longitudinales, y una amplitud mayor significa más energía. En la siguiente lección, mediremos con qué frecuencia se repiten las ondas y qué tan rápido viajan en Frecuencia, periodo y rapidez de onda.
Alineación con NGSS
Esta lección avanza hacia las siguientes expectativas de desempeño de los Estándares de Ciencias de Nueva Generación (NGSS, por sus siglas en inglés):
- HS-PS4-1: Usar representaciones matemáticas para respaldar una afirmación sobre las relaciones entre la frecuencia, la longitud de onda y la rapidez de las ondas que viajan por diversos medios.
Ideas disciplinarias básicas: PS4.A Propiedades de las ondas