Ondas mecánicas

Puede suceder que al llegar al límite entre los dos medios la onda reflejada experimente o no un cambio de fase. Si el segundo medio es menos denso que el primero la onda al reflejarse no cambiará su fase. Algo análogo sucede en una cuerda si uno de sus extremos puede oscilar libremente cuando a él llega un pulso.

En el caso en que el segundo medio es más denso que el primero, la onda reflejada invertirá su fase, o sea sufrirá un cambio de fase de 180⁰, respecto a la onda incidente como ocurre en el caso de una cuerda por la que se propaga un pulso, uno de cuyos extremos está fijo.

Cuando la onda, viaja de un medio más denso a otro menos denso, en el punto de discontinuidad, parte de la onda es reflejada sin cambiar de fase, mientras que la otra pasa al segundo medio menos denso, en general, con una mayor amplitud y distinta velocidad.

Cuando la onda, viaja de un medio menos denso a otro más denso, en el punto de discontinuidad, parte de la onda es reflejada, cambiando 180⁰ su fase, mientras que la otra pasa al segundo medio más denso, en general, con una menor amplitud y distinta velocidad.

El fenómeno de la refracción es común a todo tipo de onda (mecánica o electromagnética) y cumple con una ley general, la ley de la refracción..

En realidad en el punto de discontinuidad siempre existirá reflexión y refracción.

Los fenómenos de reflexión y refracción se producen no solamente en el caso de las ondas en una dimensión, sino también en dos y en tres dimensiones.

En general todos los fenómenos ondulatorios, incluidos la reflexión y la refracción pueden ser descritos por el principio de Huygens^[1].

Principio de superposición de las ondas

En un medio las ondas se propagan independientemente unas de otras, de tal modo que la perturbación en un punto cualquiera del medio, cuando en él coinciden varias ondas a la vez, es igual a la suma de las perturbaciones correspondientes a cada una de dichas ondas. Las ondas continúan después propagándose independientemente unas de otras, sin haber sufrido ningún tipo de alteración.

Si en un medio lineal se propagan a la vez n ondas distintas, el desplazamiento s de las partículas o elementos del medio, su velocidad v y su aceleración a resultantes, en un instante arbitrario t, serán las respectivas sumas algebraicas de los valores de cada una de estas magnitudes en el punto, en ese instante. Esto puedes verlo en la animación y en la figura.

La música producida por una orquesta sinfónica, por un mariachi o por una banda de rock es un ejemplo de este principio. Tú puedes escuchar la obra musical, a la vez que puedes distinguir por separado el sonido proveniente de cada instrumento.

En virtud del principio de superposición de las ondas, las perturbaciones muy complejas pueden descomponerse en oscilaciones armónicas para su estudio. Este principio explica fenómenos ondulatorios como la interferencia presente en fenómenos naturales como la visión de algunas especies de insectos y utilizada ampliamente en la técnica.

Lo anterior queda expresado en el principio de superposición de las ondas. Para que se forme una figura de interferencia es necesario que las ondas que se superponen sean coherentes, es decir, que posean igual frecuencia y que las fases de sus oscilaciones coincidan o difieran en una magnitud constante. Como resultado de la interferencia la energía se redistribuye en el espacio de manera desigual. Esta se concentra en los puntos de máximos, donde ocurre la interferencia constructiva y es cero en los puntos de mínimos (interferencia destructiva).

La interferencia en dos dimensiones se puede visualizar fácilmente mediante una cubeta de ondas^[1][2].

Las ondas coherentes^[1][3][1] procedentes de una de las fuentes puntuales interfieren con las que proceden de la otra fuente. Si dos crestas llegan juntas a un punto, se superponen para formar una cresta; si dos valles llegan juntos, se superponen para formar un valle. En ambos casos ocurrirá interferencia constructiva^[4].

Si coinciden una cresta y un valle no hay amplitud resultante (interferencia destructiva)

Condiciones de máximos y mínimos

¿Por qué los delfines emiten silbidos de distintas frecuencias para alertar del peligro a sus semejantes? El órgano sonoro de los delfines- al mismo tiempo de ecolocalización- se encuentra en el orificio nasal, y con él están conectados tres pares de sacos de aire que poseen su propio sistema de músculos. Con ayuda de este órgano emisor-receptor los delfines no solo cazan, sino que también se comunican entre sí. Para la localización los delfines emiten ultrasonidos (hasta 200 kHz), por cuyas reflexiones se orientan bajo el agua o encuentran sus presa. Al emitir y recibir las señales en una estrecha banda de frecuencias, casi en una nota, los delfines, cual una radio eliminan todas las señales que podrían interferirlos al "palpar" el medio circundante. Pero así actúan solo cuando están localizando. Para comunicarse los delfines utilizan largos y suaves silbidos, que emiten simultáneamente a todos lados en un diapasón de frecuencias desde decenas hasta 18 000 Hz ¿por qué? Sucede que, independientemente de las reflexiones bajo el agua, las interferencias no pueden eliminar la señal que tiene frecuencias variables, lo que podría ocurrir para señales de una sola frecuencia (interferencia destructiva). En ese caso no llegaría la información necesaria por ejemplo, una alerta de peligro o la ubicación del alimento, al resto de sus congéneres. La señal de frecuencia variable se oye perfectamente bien aun cuando su potencia es baja y no puede interferirse completamente. De esta forma, se ha comprobado que el sistema de comunicación de los delfines es muy efectivo y seguro.

En ocasiones las ondas se encuentran con obstáculos en su camino. La desviación de las ondas de su propagación rectilínea y el rodeo por ellas de los obstáculos, si sus dimensiones son menores o similares a la longitud de onda de las ondas, se denomina difracción.

Después de bordearlos las ondas continúan propagándose como si el obstáculo no existiera. Este fenómeno es apreciable si la anchura de la rendija es comparable con la longitud de onda.

Gracias a la difracción de las ondas sonoras podemos escuchar los sonidos que provienen desde distintas direcciones, así como los que provienen del otro lado de un obstáculo. Permiten apreciar también los eclipses de luna y los solares. La difracción de la luz puedes percibirla si frente a una fuente de luz entreabres los ojos.

La difracción se puede constatar, haciendo uso de la cubeta de ondas. En este caso se puede interponer en el camino de las ondas una rendija, pudiéndose observar cómo la onda se expande después de incidir sobre ella.