Onda longitudinal - Longitudinal wave

Onda de pulso de presión plana

Las ondas longitudinales son ondas en las que la vibración del medio es paralela a la dirección en la que viaja la onda y el desplazamiento del medio es en la misma (u opuesta) dirección de propagación de la onda . Las ondas mecánicas longitudinales también se denominan ondas compresionales o de compresión , porque producen compresión y enrarecimiento cuando viajan por un medio, y ondas de presión , porque producen aumentos y disminuciones de presión . Una ola a lo largo de un juguete Slinky estirado , donde la distancia entre las bobinas aumenta y disminuye, es una buena visualización. Los ejemplos del mundo real incluyen ondas sonoras ( vibraciones de presión, una partícula de desplazamiento y velocidad de partícula propagada en un medio elástico ) y ondas P sísmicas (creadas por terremotos y explosiones).

El otro tipo principal de onda es la onda transversal , en la que los desplazamientos del medio son perpendiculares a la dirección de propagación. Las ondas transversales, por ejemplo, describen algunas ondas sonoras en masa en materiales sólidos (pero no en fluidos ); también se denominan " ondas de corte " para diferenciarlas de las ondas de presión (longitudinales) que estos materiales también soportan.

Nomenclatura

Algunos autores han abreviado "ondas longitudinales" y "ondas transversales" como "ondas L" y "ondas T", respectivamente, para su propia conveniencia. Si bien estas dos abreviaturas tienen significados específicos en sismología (onda L para onda de amor u onda larga) y electrocardiografía (ver onda T ), algunos autores optaron por utilizar "ondas l" ('L' minúscula) y "ondas t". en cambio, aunque no se encuentran comúnmente en los escritos de física, excepto en algunos libros de divulgación científica.

Ondas sonoras

En el caso de ondas sonoras armónicas longitudinales, la frecuencia y la longitud de onda se pueden describir mediante la fórmula

dónde:

  • y es el desplazamiento del punto en la onda sonora viajera;
    Representación de la propagación de una onda de pulso omnidireccional en una cuadrícula 2d (forma empírica)
  • x es la distancia desde el punto hasta la fuente de la onda;
  • t es el tiempo transcurrido;
  • y 0 es la amplitud de las oscilaciones,
  • c es la velocidad de la onda; y
  • ω es la frecuencia angular de la onda.

La cantidad x / c es el tiempo que tarda la onda en recorrer la distancia x .

La frecuencia ordinaria ( f ) de la onda viene dada por

La longitud de onda se puede calcular como la relación entre la velocidad de una onda y la frecuencia ordinaria.

Para las ondas sonoras, la amplitud de la onda es la diferencia entre la presión del aire no perturbado y la presión máxima causada por la onda.

La velocidad de propagación del sonido depende del tipo, la temperatura y la composición del medio a través del cual se propaga.

Ondas de presión

Las ecuaciones para el sonido en un fluido dadas anteriormente también se aplican a las ondas acústicas en un sólido elástico. Aunque los sólidos también soportan ondas transversales (conocidas como ondas S en sismología ), las ondas sonoras longitudinales en el sólido existen con una velocidad e impedancia de onda que dependen de la densidad del material y su rigidez , la última de las cuales se describe (como con el sonido en un gas) por el módulo volumétrico del material .

Electromagnética

Las ecuaciones de Maxwell conducen a la predicción de ondas electromagnéticas en el vacío, que son ondas estrictamente transversales , es decir, los campos eléctricos y magnéticos que componen la onda son perpendiculares a la dirección de propagación de la onda. Sin embargo, las ondas de plasma son longitudinales ya que no son ondas electromagnéticas sino ondas de densidad de partículas cargadas, pero que pueden acoplarse al campo electromagnético.

Después de los intentos de Heaviside de generalizar las ecuaciones de Maxwell , Heaviside concluyó que las ondas electromagnéticas no debían encontrarse como ondas longitudinales en el " espacio libre " o en medios homogéneos. Las ecuaciones de Maxwell, tal como las entendemos ahora, mantienen esa conclusión: en el espacio libre u otros dieléctricos isotrópicos uniformes, las ondas electromagnéticas son estrictamente transversales. Sin embargo, las ondas electromagnéticas pueden mostrar un componente longitudinal en los campos eléctricos y / o magnéticos cuando atraviesan materiales birrefringentes , o materiales no homogéneos, especialmente en interfaces (ondas superficiales, por ejemplo) como las ondas Zenneck .

En el desarrollo de la física moderna, Alexandru Proca (1897-1955) fue conocido por desarrollar ecuaciones de campo cuántico relativistas que llevan su nombre (ecuaciones de Proca) que se aplican a los mesones masivos del vector spin-1. En las últimas décadas, algunos otros teóricos, como Jean-Pierre Vigier y Bo Lehnert de la Real Sociedad Sueca, han utilizado la ecuación de Proca en un intento de demostrar la masa de fotones como un componente electromagnético longitudinal de las ecuaciones de Maxwell, lo que sugiere que podrían existir ondas electromagnéticas longitudinales. en un vacío polarizado de Dirac. Sin embargo, la masa de fotones en reposo es fuertemente puesta en duda por casi todos los físicos y es incompatible con el Modelo Estándar de la física.

Ver también

Referencias

Otras lecturas

  • Varadan, VK y Vasundara V. Varadan , " Dispersión y propagación de ondas elásticas ". Atenuación debida a la dispersión de ondas compresionales ultrasónicas en medios granulares - AJ Devaney, H. Levine y T. Plona. Ann Arbor, Michigan, Ann Arbor Science, 1982.
  • Schaaf, John van der, Jaap C. Schouten y Cor M. van den Bleek, " Observación experimental de ondas de presión en lechos fluidizados de gas-sólidos ". Instituto Americano de Ingenieros Químicos. Nueva York, NY, 1997.
  • Krishan, S .; Selim, AA (1968). "Generación de ondas transversales por interacción onda-onda no lineal". Física del plasma . 10 (10): 931–937. Código Bibliográfico : 1968PlPh ... 10..931K . doi : 10.1088 / 0032-1028 / 10/10/305 .
  • Barrow, WL (1936). "Transmisión de ondas electromagnéticas en tubos huecos de metal". Actas de la IRE . 24 (10): 1298-1328. doi : 10.1109 / JRPROC.1936.227357 .
  • Russell, Dan, " Movimiento ondulatorio longitudinal y transversal ". Animaciones acústicas, Universidad Estatal de Pensilvania, Programa de posgrado en acústica.
  • Ondas longitudinales, con animaciones " El aula de física "