Ondas Longitudinales Definición, Ejemplos, y Características

Definición: ¿Cómo se explican las ondas longitudinales?

Comprende una clase de onda mecánica, lo que significa que necesitan un medio material para propagarse, y su característica principal es que la oscilación de las partículas del medio, acompañando la dirección en que se expande la perturbación. Algún agente externo se encarga de perturbar a las partículas, que van transmitiendo la perturbación de forma sucesiva al resto a través de colisiones. Estas producen compresiones y expansiones que se alternan. Durante la compresión, las partículas se acercan y la densidad del medio aumenta por un tiempo, mientras que durante la expansión ocurre lo contrario.

Las partículas no se alejan mucho de sus posiciones establecidas, sino que oscilan alrededor de ella, transmitiéndoles impulso a las vecinas. Esto hace que la perturbación siga propagándose hasta atenuarse a causa de la fricción.

Ejemplos de ondas longitudinales

Se presentan en la naturaleza en formas muy variadas, la más familiar de todas es el sonido. También tienen esta propiedad algunas ondas sísmicas, así como las ondas que se producen en las grandes profundidades oceánicas, masas de aire y plasmas. La naturaleza de la onda longitudinal se visualiza fácilmente utilizando un resorte helicoidal de juguete, llamado slinky. El resorte se estira un poco sobre una mesa y se le proporciona un pequeño impulso con la mano en un extremo, digamos de derecha a izquierda. El resultado es una perturbación que comprime y expande alternadamente los anillos del muelle, y que se propaga también de derecha a izquierda, hasta llegar al otro extremo. Si el impulso fue lo suficientemente grande, la perturbación se devuelve de izquierda a derecha, pero muy atenuada.

Ondas sonoras

Son las ondas longitudinales más conocidas. Se producen cuando una fuente, por ejemplo, un parlante, caja o torre de música, emite una perturbación. La membrana del equipo comienza a vibrar, comprimiendo y expandiendo el aire a su alrededor. La perturbación se propaga a las partículas vecinas, que repiten el proceso, formándose así una onda longitudinal.

La velocidad del sonido en el aire es de 344 m/s, considerada constante, aunque la temperatura y la humedad influyen. Las ondas sonoras también se pueden transmitir por otros medios materiales, como el agua y los sólidos, pero a distinta velocidad que en el aire.

Ondas P

Son ondas que recorren el globo terráqueo cuando ocurre un sismo o una fuerte explosión. El nombre de ondas P es debido a que, cuando hay un temblor, estas son las ondas que los sismógrafos registran en primer lugar.

Las ondas P se mueven por todo tipo de material, comprimiendo y expandiendo las capas del subsuelo en la misma dirección de la propagación de la onda. Puesto que atraviesan la gran variedad de materiales que componen las rocas, proporcionan información de la litología por la que pasan.

Ondas longitudinales en el plasma

En el plasma, un estado donde la materia está altamente ionizada, se producen ondas sin componente magnética (electrostáticas), las cuales son oscilaciones longitudinales. Si bien el plasma es poco común cerca de la superficie terrestre, en el universo es bastante frecuente.

Ondas en la profundidad del océano

Cuando la profundidad de un punto en el océano es mucho mayor que la longitud de onda de las olas dividida entre 2, las ondas de aguas profundas son de tipo longitudinal.

Fórmula y características principales

Las ondas longitudinales se caracterizan por tener amplitud, longitud de onda, frecuencia, número de onda, fase y velocidad, que son elementos comunes a todas las ondas.

En principio, una onda longitudinal admite una representación matemática sencilla en forma de función seno o coseno, tanto en el tiempo como en el espacio, conocida como onda armónica. Por ejemplo, el desplazamiento “s” de una molécula respecto a la posición de equilibrio es:

s (x,t) = A cos (kx − ωt + φ)

Donde s(x,t) es una función de la posición x y del tiempo t. Además, A representa la amplitud de la onda, k es el número de onda, ω es la frecuencia angular y φ es la fase. El significado de estos parámetros se resume a continuación:

Amplitud es la distancia máxima medida desde la posición de equilibrio y se relaciona con la intensidad de la onda (ver figura). La unidad depende de la magnitud representada en el eje vertical, por ejemplo, en el caso del sonido, puede ser el desplazamiento (en metros) o bien la presión (en Pa).

Longitud de onda, es la distancia entre dos crestas consecutivas y se mide en metros u otra unidad de longitud conveniente.

Frecuencia, se relaciona con el número de ciclos que la onda experimenta por unidad de tiempo (segundos, minutos…), siendo recíproca del período. En el Sistema Internacional SI, su unidad es el inverso de segundo o s-1, llamada hercio o hertz, abreviado como Hz.

Período, es el tiempo de duración de un ciclo o repetición de la onda. Por lo tanto, es el tiempo que tarda la onda en ir de una cresta a la otra (o de un valle al otro). En SI se mide en segundos.

Número de onda, es el número de ciclos por los que pasa la onda, por unidad de longitud y es recíproco de la longitud de onda, por lo tanto, su unidad SI es m-1.

Velocidad de la onda, es el producto entre la longitud de onda y su frecuencia.

Fase, señala la ubicación del ciclo con respecto a un punto de referencia y se mide en radianes.