Oscilaciones y ondas
¿Qué son las oscilaciones?
Las oscilaciones son variaciones de un medio o sistema en un periodo de tiempo, un movimiento reiterado alrededor de una posición de equilibrio. Se dice que un sistema oscila cuando algunos de sus parámetros (tales como la tensión, la intensidad o la velocidad) consiguen unos valores que se repiten con recurrencia.
¿Qué son las ondas?
Por su parte, las ondas son las perturbaciones de medios del espacio, tales como la densidad, la presión o el campo magnético, que pueden ser elásticos o deformables, e implican el transporte de energía sin necesidad de que haya movimiento de materia.
¿Cuál es la relación entre las oscilaciones y las ondas?
Entender el funcionamiento de las oscilaciones permite, en consecuencia, describir los movimientos ondulares, pues los últimos se generan a partir de las primeras.
El fenómeno de las oscilaciones y las ondas puede explicarse en una situación tan cotidiana como la de lanzar una piedra a una masa de agua: si esta última está en un estado de reposo, al incidir la piedra en ella crea una perturbación que se traslada y transmite a los elementos que tiene a su alrededor. Con el paso del tiempo, esa perturbación va llegando a más puntos.
En este proceso no hay movimiento de masa en el medio; por el contrario, lo que se transmite es la energía, que va pasando de un elemento a otro a través del medio que propaga la perturbación.
¿Cuáles son los conceptos básicos asociados a las oscilaciones?
- Período (T): tiempo empleado por el cuerpo en realizar una oscilación.
- Frecuencia (f): número de oscilaciones que realiza un cuerpo en una unidad de tiempo.
- Elongación (x): distancia que existe entre una posición de equilibrio y el cuerpo en un periodo de tiempo cualquiera.
- Amplitud (A): distancia que existe entre una posición de equilibrio y cualquiera de las posiciones extremas.
¿Cuáles son los conceptos básicos asociados a las ondas?
- Ciclo o fase: se trata del movimiento ordenado por una onda que se encuentra entre dos puntos consecutivos, y de posición semejante.
- Período (T): tiempo de realización de un ciclo.
- Frecuencia (f): número de ciclos realizados en una unidad de tiempo.
- Longitud de onda: distancia que se mide en la dirección en la que se propaga una onda, se encuentra entre dos puntos consecutivos de una posición semejante.
- Velocidad (v): rapidez con la que una onda se propaga en un medio. Normalmente, se propaga en línea recta y a una velocidad constante.
- Crestas: puntos más altos de las ondas.
- Valles: puntos más bajos de las ondas.
- Amplitud (A): altura de una cresta o profundidad de un valle.
¿Qué tipos de oscilaciones existen?
- Oscilaciones simples: movimientos que realiza un cuerpo al ir de un extremo a otro.
- Oscilaciones dobles o completas: movimientos que realiza un cuerpo en ir de una posición extrema a otra, y de regreso a la primera.
- Oscilaciones libres: ocurren cuando un sistema mecánico se estira o se comprime y se libera, pudiendo mantenerse así indefinidamente si no existiera una fuerza disipadora. Un ejemplo de este tipo de oscilación es la del movimiento de un columpio.
- Oscilaciones amortiguadas: ocurren cuando la energía de un sistema se disipa de forma gradual por fricción u otro tipo de resistencia. Su elongación se reduce poco a poco, a un ritmo inferior a la oscilación libre, hasta llegar a una posición de equilibrio. Un ejemplo de este tipo de oscilación es el movimiento de una aguja de medición de una balanza que alcanza su punto de equilibrio después de pesar un objeto.
- Oscilaciones forzadas: son aquellas que se producen cuando se aplica desde el exterior una fuerza periódica que alimenta las oscilaciones propias del sistema. Volviendo al ejemplo del columpio, una oscilación forzada es cuando una persona empuja el columpio de manera periódica para mantener la oscilación.
¿Qué tipos de ondas existen?
- Ondas longitudinales: aquellas en las que las partes del medio vibran de forma paralela a la dirección de las ondas; por ejemplo, las ondas de sonido.
- Ondas transversales: aquellas en las que las partículas del medio vibran de forma perpendicular a la dirección de las ondas; por ejemplo, las ondas de una cuerda.
¿Por qué son importantes las oscilaciones y las ondas?
Tanto las oscilaciones como las ondas son importantes porque explican el comportamiento de los fenómenos periódicos, así como la transmisión de energía sin necesidad de que exista la presencia de una masa o cuerpo.
Estos movimientos, por lo tanto, son la base para entender las características de las variaciones soportadas por campos, tal como el sonido al hablar. Hablar supone una liberación mecánica del aire, un medio que permite la propagación del sonido; al hablar se generan ondas sonoras que se transmiten a través de un medio material y que cambia la densidad del aire dentro del medio.
