Ondas
Ondas
Al terminar vas a poder nombrar los elementos de una onda y decir qué se oye en cada uno, deducir por qué la velocidad es longitud de onda por frecuencia, separar las mecánicas de las electromagnéticas por una sola razón, y calcular periodo, frecuencia y velocidad comprobando las unidades.
En la prueba, este tema trae 4 preguntas.
Qué es una onda y por qué no viaja materia
Onda: una perturbación que se propaga transportando energía, pero no materia.
Esa última parte se entiende con la fila de una feria: cuando la gente hace «la ola» en un estadio, nadie corre alrededor de las gradas. Cada persona sube y baja en su puesto, y lo que recorre el estadio es el movimiento, no las personas. Igual el agua de una laguna: el corcho de un pescador sube y baja, no se va con la ola.
Los cinco elementos que la prueba pide:
- Amplitud: cuánto se aparta la onda de su posición de reposo. En el sonido es lo que oímos como volumen.
- Longitud de onda (λ): la distancia entre dos puntos en la misma fase, por ejemplo de una cresta a la siguiente.
- Frecuencia (f): cuántas oscilaciones completa por segundo, en hertz (Hz). En el sonido es el tono: más frecuencia, más agudo.
- Periodo (T): cuánto tarda una oscilación completa, en segundos.
- Rapidez de propagación (v): qué tan rápido avanza la perturbación.
Amplitud y frecuencia son independientes. Podés subirle el volumen a la radio sin que la canción suba de tono: cambió la amplitud, no la frecuencia.
De dónde sale v = λ · f
Esta no hay que aprenderla suelta: se deduce en un renglón.
El periodo es el tiempo de una oscilación completa. En ese mismo tiempo, la onda avanza exactamente una longitud de onda. Y rapidez es distancia entre tiempo:
v = λ ÷ T
Como la frecuencia es cuántas oscilaciones caben en un segundo y el periodo es cuánto dura una, son inversas: T = 1 ÷ f y f = 1 ÷ T. Sustituyendo:
v = λ · f
Comprobalo con las unidades: m × (1/s) = m/s. Da rapidez, como tenía que dar.
De ahí sale la relación más preguntada: con la velocidad constante, λ y f son inversamente proporcionales. Si la frecuencia se duplica, la longitud de onda se reduce a la mitad, porque el producto tiene que seguir dando la misma velocidad. Y cuando la pregunta da distancia y tiempo directos, se usa v = d ÷ t.
Mecánicas y electromagnéticas: una sola diferencia decide todo
- Mecánicas: necesitan un medio material. El sonido es la típica: viaja por aire, agua o metal.
- Electromagnéticas: viajan también en el vacío, porque son un campo eléctrico y uno magnético que se sostienen entre sí. La luz es una de ellas.
El porqué del sonido es concreto: el sonido es aire que se comprime y se estira. Si no hay aire —ni agua, ni metal—, no hay nada que comprimir, así que en el vacío no se transmite. Por eso dos astronautas no pueden oírse en el espacio aunque se griten.
Todas las ondas electromagnéticas comparten su velocidad en el vacío. Lo que las distingue entre sí es la frecuencia, no la rapidez.
Los usos del espectro, ordenados por frecuencia
Ordenadas de menor a mayor frecuencia, cada tramo sirve para lo que su energía permite:
| Tramo | Uso que la prueba nombra |
|---|---|
| Ondas de radio | radio AM y FM, radiotelescopios |
| Infrarrojo | controles remotos |
| Luz visible | el único tramo que el ojo percibe |
| Ultravioleta | desinfección: elimina bacterias |
| Rayos X | imágenes médicas |
El infrarrojo no lo vemos porque su frecuencia queda fuera del alcance de la vista, no porque sea débil. Los rayos X tienen mayor frecuencia que todos los anteriores, y por eso atraviesan tejido blando. El láser se usa en medicina, por ejemplo para extirpar tumores.
Cuidado con la lista mezclada: cuando la pregunta enumera láser, radio, ultravioleta y la sirena de una ambulancia, esa última es sonido, o sea una onda mecánica. Es el distractor de siempre.
Ejemplos resueltos
1. Una cuerda completa 10 oscilaciones en 5,0 s. ¿Cuál es su frecuencia? f = 10 oscilaciones ÷ 5,0 s = 2,0 Hz El hertz es «oscilaciones por segundo», así que la unidad ya confirma el planteo.
2. Unas olas tardan 4,0 s en recorrer 12 m. v = 12 m ÷ 4,0 s = 3,0 m/s Acá se usó v = d ÷ t porque dieron distancia y tiempo, no λ ni f.
3. Una onda tiene una frecuencia de 5,0 Hz. ¿Cuál es su periodo? T = 1 ÷ 5,0 Hz = 0,20 s Comprobación: si cada oscilación dura 0,20 s, en un segundo caben 5. Cuadra.
4. Una onda de 2,5 m de longitud y 40 Hz. v = 2,5 m × 40 Hz = 100 m/s Unidades: m × (1/s) = m/s.
5. El sonido viaja a 340 m/s. ¿Cuál es la longitud de onda de un sonido de 680 Hz? De v = λ · f se despeja λ = v ÷ f: λ = 340 m/s ÷ 680 Hz = 0,50 m Control: 680 Hz es el doble de 340, y la longitud dio la mitad de un metro. La proporción inversa se cumple.
Los errores que más se cobran
- Meter el sonido entre las electromagnéticas. El sonido es aire comprimiéndose: sin materia no existe. Las electromagnéticas no necesitan medio.
- Confundir amplitud con frecuencia. La amplitud es cuánto se aparta la onda del reposo y se oye como volumen; la frecuencia es cuántas veces oscila y se oye como tono.
- Creer que a mayor longitud de onda hay mayor frecuencia. Con v fija el producto λ · f es constante, así que si una sube la otra baja.
- Multiplicar cuando hay que dividir para el periodo. El periodo es el inverso de la frecuencia, no su múltiplo.
- Pensar que las electromagnéticas se distinguen por su velocidad. En el vacío todas van igual: las distingue la frecuencia.
- Usar v = λ · f cuando dieron distancia y tiempo. Si el dato es «recorrió 12 m en 4 s», la fórmula es v = d ÷ t.
Clave de análisis
Toda la parte de cálculo se vuelve a armar con una sola frase: en un periodo, la onda avanza una longitud de onda. De ahí sale v = λ ÷ T; como el periodo y la frecuencia son inversos —uno mide cuánto dura una oscilación y la otra cuántas caben en un segundo—, la misma frase da v = λ · f. Y si la velocidad no cambia, ese producto es constante: λ y f tienen que moverse en sentidos contrarios. No hay una cuarta fórmula: hay una idea escrita de tres maneras.
Para la clasificación, la pregunta es si la onda necesita algo que sacudir. El sonido sacude aire, agua o metal, así que es mecánica y muere en el vacío. La luz, las ondas de radio, el infrarrojo, el ultravioleta y los rayos X no sacuden materia: son campos que se sostienen entre sí, así que cruzan el vacío y comparten la misma rapidez. Con esas dos ideas —el avance de un periodo y si hace falta un medio— reconstruís el tema completo, incluidos los distractores: si en una lista de ondas electromagnéticas aparece una sirena, un trueno o una cuerda de guitarra, esa es la que sobra.