EL MOVIMIENTO PERIÓDICO Y LAS ONDAS
Los clips en la cuerda y los papelitos en el agua se mueven repetidamente de un lado para otro de la posición que tendrían si hubiesen estado quietos. A estos movimientos que se repiten constantemente con las mismas condiciones, se les llama movimientos periódicos.
Hay movimientos periódicos circulares, como el de una rueda que gira o el de las manecillas de un reloj. Hay otros movimientos periódicos no circulares llamados vibraciones, como el movimiento de una cuerda de guitarra cuando se hace sonar o el del péndulo de un reloj.
Cuando se hace sonar una campana mediante el movimiento de una cuerda amarrada a su péndulo o cuando se golpea la superficie del agua, se observa un movimiento que se desplaza. A los movimientos o vibraciones que se desplazan se les llama ondas. El movimiento periódico o vibración que se está desplazando es energía. Las ondas constituyen una forma en que la energía puede desplazarse.
Para que se produzcan ondas, debe existir un cuerpo que vibre o que genere una repentina perturbación en un medio y que le entregue energía. Esta se comunica a cada una de las partículas del medio, desplazándose a través de él.
Los clips y los papelitos permiten ver lo que sucede a las partículas de la cuerda o del agua. Cada una de estas partículas recibe la vibración de la que está detrás de ella y se la comunica a la siguiente, pero ninguna de las partículas se desplaza. En una onda lo que viaja es energía, sin que haya desplazamiento de materia.
Algunas ondas pueden verse, como las que se producen en el agua, otras no pueden verse pero sí sentirse, como las del sonido de la música. Otros ejemplos de ondas son las de luz, que llevan energía lumínica; las ondas de calor, que llevan energía calorífica y las ondas que llegan a las antenas de la radio y televisión, que sirven para la comunicación.
El contorno de la onda depende de la forma de la fuente que la está produciendo. Por ejemplo, la forma de la sondas del agua son circulares o rectas, dependiendo del objeto o fuente con que se produce la perturbación. Si se realiza con el dedo o con la punta de un lapiz, la fuente es un punto y se obtienen ondas circulares. Si se realiza con una regla, la fuente es un objeto recto y entonces se obtienen ondas planas.
La energía en el movimiento periódico y ondulatorio
Cuando un resorte se está moviendo, se producen ondas en él, por tanto, hay transmisión de energía. Cuando el resorte está en reposo, todas las partículas están en su posición de equilibrio.
Al estirar o comprimir un resorte, la persona que lo hace le traspasa energía. El resorte guarda esta energía en cada una de sus espiras; esto puede sentirse por el esfuerzo necesario para mantenerlo estirado o comprimido. Cuando la energía se halla guardada, se denomina energía potencial. La energía potencial es la que está almacenada y puede convertirse en otra clase de energía o puede utilizarse para realizar un trabajo.
Al soltar el resorte, éste vuelve a su posición de equilibrio (las botas del muñeco se colocan de color negro) y continúan moviéndose más allá, hasta llegar al otro extremo. Este movimiento se hace utilizando la energía que tenía acumulada cuando estaba estirado o comprimido. Cuando hay movimiento, cada partícula posee energía cinética.
Una propiedad de la energía es que puede ser transformada de energía potencial en energía cinética o de movimiento. Cada espira del resorte realiza un movimiento periódico a un lado y a otro de su posición equilibrio, produciéndose, en cada una de las partículas, cambios constantes y rápidos de energía potencial en energía cinética y viceversa. Cuando las partículas están lejos de su posición de equilibrio, poseen energía potencial. Cuando están en movimiento, poseen energía cinética. A la suma de las energías potencial y cinética se le denomina energía mecánica.
Un niño sentado en un columpio sin mecerse, se encuentra en su posición de equilibrio. Cuando está meciéndose, posee energía cinética; cuando se aleja de su posición de equilibrio, tiene energía potencial. Las dos energías constituyen la energía mecánica involucrada en este movimiento periódico.
Cuando un cuerpo vibra, posee energía mecánica, la cual puede ser transportada por medio de ondas. La energía mecánica puede desplazarse a través de ondas en un medio líquido, como en el agua, en un medio sólido, como las ondas en una cuerda, o en un medio gaseoso, como las ondas sonoras que se propagan en el aire.
Tipos de ondas
Ondas transversales: son las ondas en las que el movimiento de vibración de las partículas es perpendicular a la dirección de propagación de la onda. En las ondas transversales hay unas zonas más altas que otras; las zonas más altas se denominan crestas y las más bajas valles. Ejemplo de ondas transversales: cuando se mueve hacia arriba y hacia abajo una cuerda tensionada, la onda viaja a lo largo de la cuerda, mientras el brazo se mueve perpendicularmente a ésta. Algo similar se observa cuando se sacude una sábana; cada proporción de la tela se mueve perpendicularmente a como se propaga la onda.
Ondas longitudinales: son las ondas en las que la dirección de vibración de las partículas es la misma de propagación de la onda. Un ejemplo de ondas longitudinales es el sonido. Cuando suena una campana, al vibrar empuja las partículas de aire que la rodean, las que a su vez empuja a sus vecinas y así sucesivamente. Cuando las ondas sonoras llegan al oido cambian continuamente la presión en el tímpano. Este cambio lo percibimos como sonido.
PREGUNTA: ¿Qué se desplaza en un movimiento periódico?