Ciencias naturales básicas



Propiedades de las ondas: reflexión, refracción y más

Entre las propiedades de las ondas están la reflexión, refracción, difracción, polarización, absorción y dispersión. Estas propiedades aplican tanto para ondas mecánicas como electromagnéticas. Además, de acuerdo con el principio de dualidad onda-partícula, también se aplican a las partículas elementales, electrones, por ejemplo, que se comportan como ondas.

Propiedades de las ondas
Figura 1. Mapa conceptual de las propiedades de las ondas.

Reflexión

La reflexión es la más común entre las propiedades de las ondas. Consiste en la capacidad que tienen las ondas de chocar contra un obstáculo y rebotar de la misma forma en que rebota una pelota lanzada contra una pared.

Todos hemos visto nuestra imagen en un espejo, hemos tenido la oportunidad de desviar rayos de luz con un espejo y hemos sido testigos del fenómeno sonoro conocido como eco. Estos son los ejemplos más conocidos de reflexión. Sin embargo, esta propiedad de las ondas tiene múltiples aplicaciones. La radio difusión, por ejemplo, es posible gracias a que las ondas de radio de baja frecuencia, chocan sucesivamente entre la tierra y la atmósfera, desplazándose así de un lado a otro. Lo mismo ocurre con las comunicaciones vía satélite, en las cuales, las ondas son reflejadas por estos aparatos; la reflexión de ondas de radio de mayor frecuencia hace posible el funcionamiento de radares, sonares y aparatos para ecografías entre otros.

La reflexión de las ondas electromagnéticas tiene aplicación en aparatos de rayos X, rayos láser y rayos gamma, también permiten el funcionamiento de televisores, fibra óptica, hornos micro-ondas y aparatos de grabación y reproducción de video y sonido digital (CD y DVD), etc. En los seres vivos, también se observan las propiedades de las ondas., Algunos organismos tienen la capacidad de aprovechar la reflexión del sonido para orientarse. A este fenómeno se le llama eco-localización y es propio de murciélagos y cetáceos como las ballenas.

Elementos de la reflexión

En este fenómeno podemos distinguir los siguientes elementos:

  • La onda incidente, es aquella que llega al obstáculo.
  • La onda reflejada, es la que se produce después de la reflexión y que se aleja del obstáculo.
  • El ángulo de incidencia, es el ángulo que se forma entre el rayo incidente y la normal, o recta perpendicular al obstáculo.
  • El ángulo de reflexión, es el ángulo formado por la normal y el rayo reflejado.

En la reflexión, el rayo incidente, el rayo reflejado y la normal a la superficie de reflexión están en un mismo plano. Además, el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

Propiedades de las ondas

Refracción

La refracción de las ondas consiste en el cambio de dirección que experimenta un movimiento ondulatorio cuando pasa de un medio material a otro. La refracción se debe al cambio en la velocidad de propagación de las ondas. Los lentes como los usados en telescopios, microscopios, lupas y gafas; son elementos que permiten aplicar la refracción de la luz.

En este fenómeno podemos distinguir los siguientes elementos:

  • La onda incidente, es la que se propaga por el primer medio y llega a la superficie de separación entre ambos medios.
  • La onda refractada, es la que se propaga en el segundo medio.
  • El rayo incidente y el rayo refractado, representan la dirección en que se desplaza el frente de ondas incidentes y refractadas, respectivamente.
  • El ángulo de incidencia, es aquel que forma el rayo incidente con la normal a la superficie de separación de ambos medios.
  • El ángulo de refracción, es el que forman el rayo refractado con la normal a la superficie de separación de ambos medios.

Por lo general, cuando un movimiento ondulatorio choca contra algún objeto, se dan ambos fenómenos: la refracción y la reflexión. Es decir que parte de las ondas son reflejadas y otra parte refractadas al siguiente medio o absorbida por el objeto.

Propiedades de las ondas

Difracción

La difracción de las ondas consiste en que las ondas, al encontrar un obstáculo con un orificio en él, pasan a través propagándose detrás del obstáculo en todas las direcciones. Para que se produzca la difracción el tamaño del orificio debe ser similar a la longitud de onda del movimiento ondulatorio. Por el fenómeno de difracción podemos escuchar detrás de una puerta, los sonidos que se producen en un cuarto.

Polarización

Para presentar las ideas básicas de la polarización en un contexto familiar, imaginemos las ondas que se forman en una cuerda. Si se ata un extremo de una cuerda a un punto fijo y se mueve el otro extremo verticalmente (arriba y abajo), se observan una serie de oscilaciones. Decimos que la cuerda vibra en el plano xy (Figura 3 a). Si ahora se mueve el extremo libre a derecha e izquierda, decimos que la cuerda vibra en el plano xz (figura 3 b). Las ondas vibran en todos los planos posibles. Ahora imaginemos que ponemos a la mitad de la cuerda un obstáculo con una ranura vertical (figura 3 c). Es fácil entender que dicha ranura permite el movimiento de la cuerda en el plano xy, pero NO en el plano xz.

Esta ranura seria un filtro de polarización, porque deja pasar solo las ondas que vibran en una sola dirección. En conclusión, las ondas que pasan son ondas polarizadas. Una onda polarizada en la que vibra en un solo plano. Christiaan Huygens fue uno de los primeros en estudiar esta propiedad.

Propiedades de las ondas

¿Cómo se polarizan las ondas?

Hay varias formas de polarizar una onda. Una es usar un filtro que permita el paso de las ondas adecuadas y absorba o disperse las demás. El filtro debe construirse con relación a la longitud de onda de la onda que se quiere filtrar. Se usa, por ejemplo, en gafas de sol y filtros de cámaras fotográficas. Otra forma es lograr que todas las ondas de un haz, giren para vibrar en el mismo plano. El rayo láser es un buen ejemplo de esto. La ventaja de esta técnica, es que se aprovecha todo el haz y, por lo tanto, toda la energía incluida en él. (Cabe anotar que además de polarización lineal, un rayo láser tiene otras características).

Absorción

Otra de las propiedades de las ondas es la absorción. Esta está relacionada con la amplitud de las ondas y, en consecuencia, con su energía. Además, se debe tener en cuenta que una característica de la energía, es que se puede transferir de un cuerpo a otro. Cuando una onda se refleja, la intensidad de la onda reflejada es menor que la de la onda incidente. En otras palabras, parte de la energía se queda o es absorbida por el medio. En la refracción ocurre lo mismo.

Esta propiedad es particularmente importante, cuando la energía absorbida puede ser aprovechada. Por ejemplo, en una celda solar, dicha energía puede ser transformada en energía eléctrica. Sin embargo, en otros casos, la absorción eficiente por parte de un material, permite construir aislantes sonoros. Por ejemplo, en salas de teatro se utilizan textiles que absorben las ondas sonoras, evitando el eco y mejorando la acústica del lugar.

Dispersión

Un haz de luz es una mezcla de ondas con diferente longitud de onda. En el vacío, la velocidad de estas ondas es la misma. Pero en un medio material, la velocidad es distinta para cada longitud de onda. En consecuencia, cada longitud de onda se refracta en forma diferente dispersándose y formando un espectro en forma de abanico. El ejemplo más visible de este fenómeno es el arco iris. Espectro que también puede obtenerse haciendo incidir un haz luminoso en un prisma. De manera similar, el brillo del diamante se debe en parte a su gran dispersión.

Taller de lectura

  1. ¿Cuáles son las 6 propiedades de las ondas?
  2. ¿En qué consiste la reflexión de las ondas? Dé 3 ejemplos.
  3. Defina cada uno de los cuatro elementos de la reflexión
  4. ¿Qué elementos de la reflexión están en un mismo plano?
  5. Copie la figura que representa los elementos de la reflexión
  6. ¿En qué consiste la refracción?
  7. ¿A qué se debe la refracción?
  8. Defina cada uno de los elementos de la refracción
  9. Copie la figura que representa los elementos de la refracción
  10. ¿Qué diferencias hay entre refracción y reflexión?
  11. ¿En qué consiste la difracción?
  12. ¿Qué se requiere para que se produzca la difracción?
  13. ¿Qué es una onda polarizada?
  14. Copie, con su descripción, la figura 3.
  15. Describa las dos formas de polarizar una onda. Escriba los ejemplos.
  16. ¿En qué consiste la absorción?
  17. Cite dos aplicaciones donde se tiene en cuenta la absorción.
  18. Describa cómo se da la dispersión de las ondas y dé 2 ejemplos.