▷ Onda armónica

En este artículo se explica qué son las ondas armónicas en física y cuáles son sus características. Asimismo, encontrarás ejemplos de ondas armónicas y cuál es la ecuación de una onda armónica. Además, podrás ver la relación entre las ondas armónicas y otros conceptos físicos.

Índice

¿Qué es una onda armónica?

Las ondas armónicas son ondas que oscilan de manera continua y periódica, es decir, la gráfica de una onda armónica se repite cada un intervalo de tiempo fijo. Por lo tanto, una onda armónica está definida por una función seno o coseno.

Por ejemplo, la onda que se genera al hacer vibrar una cuerda es una onda armónica, ya que la cuerda oscila verticalmente de manera periódica. Además, la onda armónica generada se puede describir mediante una función seno.

Características de las ondas armónicas

Las ondas armónicas tienen las siguientes características o partes:

Elongación (y): es la distancia entre la posición de la onda y su posición de equilibrio.
Amplitud (A): es la distancia entre la elongación máxima y su posición de equilibrio.
Cresta: cada uno de los puntos más altos de la onda.
Valle: cada uno de los puntos más bajos de la onda.
Ciclo u oscilación: es el recorrido de la onda desde un punto hasta el siguiente punto equivalente.
Longitud de onda (λ): es la distancia que separa dos puntos equivalentes consecutivos de la onda.
Periodo (T): es el tiempo que se necesita para hacer una oscilación completa.
Frecuencia (f): es el número de oscilaciones o vibraciones que realiza la onda por unidad de tiempo.

$f=\cfrac{1}{T}$

Frecuencia angular (o pulsación) (ω): es la velocidad a la que la onda realiza las oscilaciones.

$\omega=\cfrac{2\cdot \pi}{T}=2\cdot \pi \cdot f$

Número de onda (k): se define como el numero de ciclos completados en una longitud de 2π metros.

$k=\cfrac{2\cdot \pi}{\lambda}$

Velocidad de propagación (v): es la velocidad a la que se propaga la onda.

$v=\cfrac{\lambda}{T}=\cfrac{\omega}{k}$

características de una onda armónica, partes de una onda armónica

Ejemplos de ondas armónicas

Una vez hemos visto la definición de una onda armónica y cuáles son sus características, vamos a ver varios ejemplos de este tipo de ondas para acabar de asimilar el concepto.

Ejemplos de ondas armónicas:

Las ondas de sonido son ondas armónicas.
La onda que se produce al hacer vibrar una cuerda.
Las ondas que se originan en la superficie de un estanque de agua cuando se lanza una piedra.
Las ondas generadas por movimientos armónicos simples.

Fórmula de una onda armónica

La ecuación de la onda armónica es y(x,t) = A·sen(k·x ± ω·t + φ₀). Esta fórmula sirve para calcular la elongación de un punto de la onda armónica en una posición determinada y un instante de tiempo concreto.

$y(x,t)=A\cdot \text{sen}(k\cdot x\pm w\cdot t+\phi_0)$

Donde:

$y$ es la elongación de la onda.
$A$ es la amplitud de la onda armónica.
$x$ es la distancia desde el punto estudiado hasta el origen de la onda.
$k$ es el número de onda.
$\omega$ es la frecuencia angular o pulsación.
$t$ es el instante de tiempo.
$\phi_0$ es la fase inicial de la onda.

Nota: ten en cuenta que existen varias formas de expresar la ecuación de una onda armónica, así pues, también se puede expresar mediante una función coseno. No obstante, la expresión más utilizada es la función explicada en este post.

Fase de una onda armónica

La fase (o ángulo de fase) de una onda armónica es el estado de vibración de un punto de la onda. Es decir, la fase de una onda armónica indica en qué parte del ciclo de la onda se encuentra un punto en concreto.

La fase de una onda se expresa en radianes (rad) o grados (º). De modo que la diferencia de fase entre dos puntos equivalentes es 2π rad o 360º.

Además, la fase inicial de una onda determina en qué situación se encuentra el estado de vibración inicial de una onda. Por lo tanto, dependiendo del valor de la fase inicial, el valor de la elongación inicial de la onda será uno u otro. Por ejemplo, si definimos una onda armónica mediante una función seno y la fase inicial es nula, significa que la elongación de la onda será y=0 al principio.

La fase de las ondas armónicas también sirve para comparar el estado de vibración de dos ondas armónicas diferentes. Así pues, debes saber dos conceptos relacionados con las fases de las ondas armónicas:

Dos ondas armónicas están en fase cuando tienen el mismo estado de vibración, es decir, tienen un desfase de 0º (o 0 rad). En este caso, los puntos equivalentes de las dos ondas se producen en el mismo instante de tiempo, por ejemplo, las crestas y los valles de las ondas ocurren simultáneamente.
Dos ondas armónicas están en antifase cuando su estado de vibración es contrario, por lo tanto, están desfasadas 180º (o π rad). Por ejemplo, si dos ondas armónicas están en antifase, las crestas de una onda tendrán lugar cuando se produzcan los valles de la otra onda.

Onda armónica y onda estacionaria

Por último, veremos cuál es la diferencia entre una onda armónica y una onda estacionaria, ya que son dos tipos de ondas que suelen confundirse en física.

Una onda estacionaria es una perturbación oscilatoria cuyos puntos oscilan verticalmente pero no avanzan longitudinalmente. Además, las ondas estacionarias son el resultado de la interferencia entre dos ondas con las mismas características pero que avanzan en sentido opuesto, es decir, las ondas estacionarias se producen cuando se superponen dos ondas armónicas similares pero con un sentido de propagación opuesto.

Por lo tanto, la principal diferencia entre una onda armónica y una onda estacionaria es que una onda armónica se propaga longitudinalmente, en cambio, una onda estacionaria oscila verticalmente pero no avanza longitudinalmente. Además, las ondas estacionarias se forman por la superposición de dos ondas armónicas.

➤ Ver: ¿Qué es una onda estacionaria?