¿Qué son las ondas en física y cuál es la ecuación de las ondas?

Tira una piedra a un estanque y verás cómo las ondas se extienden hasta la orilla. Una hoja que flota sube y baja cuando pasa cada onda, pero no viaja con ellas hasta la orilla. Esa es la idea clave: una onda transporta energía, no materia. El agua solo vibra alrededor de donde está.

Hay dos formas de vibrar:

• Ondas transversales: la vibración es perpendicular a la dirección en que avanza la onda. Las ondas en el agua, una onda que recorre una cuerda y la luz son transversales. Tienen puntos altos, las crestas, y puntos bajos, los valles.
• Ondas longitudinales: la vibración va hacia delante y hacia atrás en la misma dirección en que avanza la onda. El sonido es longitudinal. Las partículas se juntan en compresiones y se separan en enrarecimientos (rarefacciones). Si empujas y tiras de un extremo de un muelle tipo slinky estirado, lo verás.

También se clasifican por el medio. Las ondas mecánicas, como el sonido, las olas o las ondas sísmicas, necesitan un medio material. Las ondas electromagnéticas, como la luz o las ondas de radio, pueden atravesar el vacío. Por eso en el espacio no hay sonido, pero la luz del Sol sí nos llega. Ver el espectro electromagnético.

Toda onda se describe con unas pocas magnitudes:

• Amplitud: la mayor distancia que se separa un punto de su posición de equilibrio. Se mide desde la línea central hasta una cresta, no de valle a cresta. Más amplitud significa más energía: un sonido más fuerte o una ola más alta.
• Longitud de onda (λ): la longitud de una onda completa, por ejemplo de una cresta a la siguiente, o de una compresión a la siguiente. Se mide en metros.
• Frecuencia (f): cuántas ondas pasan por un punto cada segundo. Se mide en hercios (Hz): 50 Hz son 50 ondas cada segundo.
• Periodo (T): el tiempo que tarda una onda completa, en segundos. T = 1 : f, así que una onda de 4 Hz tiene un periodo de 0,25 s.

Todas se relacionan con la ecuación fundamental de las ondas:

velocidad = longitud de onda · frecuencia, v = λ · f (o también v = λ : T)

Si te pasan 3 ondas cada segundo y cada una mide 2 m, por delante de ti pasan 6 m de onda cada segundo: la velocidad es 6 m/s. Para un mismo tipo de onda en un mismo medio, la velocidad es más o menos fija, así que más frecuencia significa menor longitud de onda.

El sonido y la audición. Cuando algo vibra, empuja el aire y forma compresiones y enrarecimientos que avanzan a unos 340 m/s. En el oído, el sonido hace vibrar el tímpano. Tres huesecillos (martillo, yunque y estribo) llevan la vibración hasta la cóclea o caracol, un tubo enrollado lleno de líquido donde unas células ciliadas la convierten en señales nerviosas para el cerebro. La frecuencia decide el tono (agudo o grave) y la amplitud, la intensidad (fuerte o débil). Los jóvenes suelen oír de unos 20 Hz a 20 000 Hz; el límite superior suele bajar con la edad. Por encima de 20 000 Hz están los ultrasonidos: los usan los murciélagos, los delfines y los médicos en las ecografías.

Para medir la velocidad del sonido, colócate a una distancia conocida de una pared grande, da una palmada y cronometra el eco: el sonido va y vuelve, así que velocidad = (2 · distancia) : tiempo. En una cubeta de ondas se mide la longitud de onda con una regla sobre varias ondas y la frecuencia contando ondas durante 10 segundos.

¿Qué diferencia hay entre ondas transversales y longitudinales?#

En una onda transversal la vibración es perpendicular a la dirección de avance, como en las ondas del agua o la luz. En una longitudinal la vibración va en la misma dirección de avance, como en el sonido, con compresiones y enrarecimientos.

¿Cuál es la ecuación de las ondas?#

v = λ · f: la velocidad (m/s) es la longitud de onda (m) por la frecuencia (Hz). Como f = 1 : T, también se escribe v = λ : T. Sirve para cualquier onda, del sonido a la luz.

¿Qué es la longitud de onda?#

La longitud de una onda completa: la distancia entre dos crestas seguidas (o dos compresiones seguidas). Su símbolo es la letra griega λ, lambda.

¿Cómo oímos las ondas sonoras?#

El sonido hace vibrar el tímpano. Tres huesecillos llevan la vibración a la cóclea, donde unas células ciliadas la convierten en señales nerviosas que el cerebro interpreta como sonido.

¿Cuál es el rango de audición humana?#

De unos 20 Hz a 20 000 Hz en los jóvenes. El límite agudo suele bajar con los años, y los ruidos muy fuertes pueden dañar para siempre las células ciliadas.

¿Puede el sonido viajar por el espacio?#

No. El sonido es una onda mecánica y necesita partículas que transmitan la vibración. El espacio está casi vacío, así que es silencioso. La luz y las ondas de radio sí lo atraviesan.