📘 CodingMarble Learn

Ondas progresivas: tipos, velocidad y ecuación

Una onda lleva energía de un lugar a otro sin llevar la materia. En una onda transversal las partículas se mueven en ángulo recto con la onda; en una longitudinal, a lo largo de ella. La velocidad es v = fλ. En una cuerda v = √(T/μ); para el sonido en un gas v = √(γP/ρ). Una onda que avanza hacia +x es y = A sin(kx − ωt), con k = 2π/λ y ω = 2πf.

🎬 Historia paso a paso

  1. Una fila de cuentas lleva una onda transversal. Cada cuenta solo sube y baja. La forma de la onda avanza hacia la derecha. Las cuentas se quedan; la energía viaja.
  2. Ahora una onda longitudinal. Las cuentas van y vienen a lo largo de la línea. Los lugares apretados son compresiones y los lugares separados son rarefacciones. El sonido funciona así.
  3. De una cresta a la siguiente hay una longitud de onda λ. Si pasan f ondas cada segundo, la onda avanza f × λ metros por segundo: v = fλ.
  4. Sigue la cuenta roja. Su altura es y = A sin(kx − ωt). Las cuentas más lejanas hacen el mismo movimiento un poco más tarde: van retrasadas en fase.
  5. La velocidad depende del medio. Si tensas la cuerda, v = √(T/μ) aumenta. La frecuencia no cambia, así que la longitud de onda se hace mayor.
  6. Juego libre: cambia el tipo de onda, la frecuencia, la amplitud y la tensión. Lee λ y v debajo de la imagen.

Consejo: arrastra la escena 3D para girarla. Usa dos dedos para hacer zoom.

🤔 Dudas comunes, resueltas

Si las cuentas no viajan, ¿qué es lo que viaja?

La energía y la forma de la perturbación. Cada cuenta le pasa el empujón a la siguiente.

¿Cómo puede el sonido ser una onda si el aire no sube y baja?

Las capas de aire van y vienen a lo largo de la onda y forman compresiones y rarefacciones. Eso es una onda longitudinal.

¿Por qué v = fλ?

En un periodo la onda avanza exactamente una longitud de onda. Hay f periodos por segundo, así que avanza fλ cada segundo.

¿Por qué hay un signo menos en kx − ωt?

Hace que el patrón avance hacia +x. Al crecer t, la misma fase se encuentra en una x mayor.

¿Una frecuencia mayor hace que la onda vaya más rápido?

No. La velocidad la fija el medio. Una f mayor solo significa una λ menor con la misma v.

¿Por qué una cuerda más tensa transmite las ondas más rápido?

Con más tensión, cada trozo de cuerda recibe un tirón de vuelta mayor, así que la perturbación se pasa más deprisa: v = √(T/μ).

¿Qué es una onda? Ondas transversales y longitudinales

Una onda es una perturbación que se mueve por un medio y lleva energía, mientras que cada partícula del medio solo se mueve un poco alrededor de su propio sitio.

Las ondas mecánicas transversales necesitan un medio que se oponga a cambiar de forma, por eso viajan en sólidos y en cuerdas, pero no por el interior de un gas. Las ondas longitudinales pueden viajar en sólidos, líquidos y gases.

Una onda progresiva (viajera) sigue avanzando y lleva energía consigo.

Longitud de onda, frecuencia y velocidad de la onda

En un periodo la onda avanza una longitud de onda, así que v = λ/T = fλ.

La velocidad depende del medio

Ecuación del desplazamiento de una onda progresiva

Para una onda que avanza hacia +x, el desplazamiento de la partícula situada en x en el instante t es

y(x, t) = A sin(kx − ωt + φ)

Velocidad de la onda a partir de la ecuación: v = ω/k. Una onda que avanza hacia −x se escribe y = A sin(kx + ωt + φ).

Diferencia de fase entre dos puntos separados Δx en el mismo instante: Δφ = (2π/λ) Δx. Cada partícula hace un MAS; los puntos más lejanos simplemente van con retraso.

Pruébalo: una cuerda y un slinky

Ata un extremo de una cuerda larga (o de una bufanda) al pomo de una puerta. Sacude la mano hacia arriba una vez: una joroba corre por la cuerda (transversal). Tensa más la cuerda y sacude otra vez: la joroba corre más rápido. Si tienes un slinky, ponlo en el suelo y empuja un extremo: una zona apretada recorre el muelle (longitudinal). En el 3D, el paso 5 te deja hacer las dos cosas y leer v y λ.

Fórmulas y definiciones clave

Ejemplos resueltos

1. Una onda tiene f = 500 Hz y λ = 0.68 m. Calcula su velocidad.

v = fλ = 500 × 0.68 = 340 m/s.

2. Una emisora de radio emite a 100 MHz. Las ondas de radio viajan a 3 × 10⁸ m/s. Calcula λ.

λ = v/f = 3 × 10⁸ / 10⁸ = 3 m.

3. Una cuerda de 20 g de masa y 2 m de longitud se tensa con 80 N. Calcula la velocidad de la onda en ella.

μ = 0.02/2 = 0.01 kg/m. v = √(T/μ) = √(80/0.01) = √8000 ≈ 89.4 m/s.

4. y = 0.02 sin(4πx − 400πt) (SI). Calcula A, λ, f y v.

A = 0.02 m. k = 4π → λ = 2π/k = 0.5 m. ω = 400π → f = 200 Hz. v = ω/k = 400π/4π = 100 m/s (hacia +x).

5. Dos puntos de una onda con λ = 2 m están separados 0.5 m. Calcula la diferencia de fase entre ellos.

Δφ = (2π/λ)Δx = (2π/2) × 0.5 = π/2.

6. La velocidad del sonido en el aire a 27 °C es 347 m/s. Calcúlala a 127 °C.

v ∝ √T. T₁ = 300 K, T₂ = 400 K. v₂ = 347 × √(400/300) = 347 × 1.155 ≈ 401 m/s.

7. Usa las fórmulas de Newton y de Laplace para el aire (P = 1.01 × 10⁵ Pa, ρ = 1.29 kg/m³, γ = 1.4).

Newton: v = √(P/ρ) = √(78300) ≈ 280 m/s. Laplace: v = √(1.4 × 78300) ≈ 331 m/s, que coincide con el experimento.

8. Si la tensión de una cuerda se hace 4 veces mayor, ¿qué pasa con la velocidad de la onda y, con la misma frecuencia, con la longitud de onda?

v ∝ √T, así que v se duplica. λ = v/f, así que λ también se duplica.

Errores comunes

Test de práctica

1. El sonido en el aire es una onda:
2. Si f = 50 Hz y λ = 4 m, v =
3. La velocidad de una onda en una cuerda es:
4. En y = A sin(kx − ωt), la velocidad de la onda es:
5. Laplace corrigió la fórmula de Newton suponiendo que el proceso es:

Práctica: responde tú mismo

Escribe o elige tu respuesta y pulsa Comprobar. Usa la pista si te atascas; la solución completa aparece después de responder.

Preguntas frecuentes

¿Qué es una onda progresiva?

Una onda que sigue avanzando por un medio y lleva energía, descrita por y = A sin(kx − ωt).

¿Cuál es la diferencia entre ondas transversales y longitudinales?

En las transversales las partículas se mueven en ángulo recto con la onda; en las longitudinales, a lo largo de ella.

¿Por qué el sonido es más rápido en los sólidos que en el aire?

Los sólidos son mucho más rígidos (mayor módulo elástico) y ese efecto pesa más que su mayor densidad.

Dónde se estudia

Canada (Ontario)Grade 11E. Waves and Sound
ItalySecondaria di secondo grado – classe 3ªClassical physics
ItalySecondaria di secondo grado – classe 3ªClassical physics
ItalySecondaria di secondo grado – classe 4ªClassical physics
ItalySecondaria di secondo grado – classe 4ªClassical physics
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IVWaves and optics
RomaniaClasa a XI-aMechanical oscillations and waves
RomaniaClasa a XI-aMechanical oscillations and waves
Ukraine10 класMechanics
CBSE (India)Class 11Oscillations and Waves
England (GCSE, A level)Year 123.3 Waves
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Waves, Sound, and Physical Optics
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Waves and electromagnetic radiation
Japan高校(専門学科)1〜3年Advanced Physics
Japan高校2年Waves
South Korea고등학교 2학년Elastic waves and sound
South Korea고등학교 3학년Waves and communication
Russia11 классWaves
Russia11 классOscillations and waves
China高二Selective 1 Ch.3 Mechanical waves

Aprende antes

Aprende después

Lecciones relacionadas

Todas las lecciones de Physics