Ondas. Acústica

FENÓMENOS ONDULATORIOS

Cuando lanzamos una piedra sobre la superficie de un lago o sobre las tranquilas aguas del puerto o la piscina, observamos cómo una perturbación de forma circular se va propagando sobre el agua y va extendiéndose de una forma radial y simétrica, dando lugar a circunferencias concéntricas cada vez mayores.

Las perturbaciones que se propagan de esta manera son lo que se conoce en Física con el nombre de ondas o fenómenos de carácter ondulatorio. Las olas de la playa son ondas provocadas por el viento sobre la superficie del mar.

En el laboratorio, se dispone de instrumentos denominados cubetas de ondas en los que se hace posible, de una manera cómoda, el estudio cuidadoso de estos fenómenos.

Consiste la cubeta de ondas en un recipiente cuadrangular con fondo de cristal, que colocado en horizontal y parcialmente lleno de agua; facilita la producción y la visión de las ondas, ya de una manera-directa, o proyectándolas sobre una pantalla. Las ondulaciones se provocan haciendo vibrar una varilla sobre la superficie del líquido. La varilla va sujeta a unos contrapesos que permiten que sus vibraciones se hagan a voluntad con mayor o menor rapidez.

En la fotografía que encabeza el capítulo, podemos ver uno de estos aparatos; así como las ondas producidas por él, que se ven proyectadas sobre un fondo blanco, lo que se ha logrado con una iluminación conveniente.

Nos preguntamos ahora por lo que ocurre realmente cuando una piedra choca, por ejemplo, con la superficie del agua y provoca un movimiento ondulatorio.

Veamos: el impulso de la piedra al golpear la superficie, hace que las partículas de agua que están en ese lugar vibren arriba y abajo. Estas partículas vibrantes arrastran entonces en su movimiento a las partículas próximas, pero con un cierto retraso. Éstas, a su vez, arrastrarán (con un retraso mayor) a sus vecinas. El resultado es la propagación de la perturbación inicial a todas las partículas de la superficie del líquido, que realizarán vibraciones idénticas a la original, pero con un cierto retraso. El fenómeno hace adoptar a la superficie del agua el característico perfil rizado de las ondas.

Supongamos, para entender esto perfectamente, que las partículas de agua son como esferas unidad entre sí por muelles, que representarían las fuerzas con que se arrastran y se atraen unas a otras (fuerzas de cohesión, de las que ya hemos hablado con anterioridad).

Imaginemos que la piedra incide sobre la partícula 1 situada en A, y que ésta inicia su vibración moviéndose hacia abajo y arrastrando a sus vecinas, para luego dirigirse hacia arriba.

Cuando la primera esté dé regreso en su posición inicial y moviéndose ahora hacia arriba, las vecinas no habrán llegado todavía a ocupar la posición más baja.

Al cabo de un tiempo, el movimiento se habrá extendido desde A hasta B; y el resultado será una onda, que se mantendrá si mantenemos el movimiento de la primera partícula.

Esto último podremos visualizarlo fácilmente si movemos hacia la izquierda y hacia la derecha, rápidamente, el extremo de una cuerda que no esté tensa y esté apoyada horizontalmente sobre el suelo. Observaremos cómo va avanzando por ella una deformación en forma típica de jiba o campana.

Si mantenemos el movimiento del extremo de la cuerda, toda ella se animará de un continuo vaivén, que la hará adoptar la forma de «serpiente» (por el parecido de la misma con la forma de reptar de los ofidios) y que caracteriza los fenómenos ondulatorios.

Recapitulando lo visto por ahora, podemos decir que: