ONDAS PLANAS

El estudio de las ondas se centra muy a menudo en un caso práctico conocido como ondas planas. Las ondas planas no existen realmente ya que todas las ondas deben partir de un foco emisor y, por lo tanto, sus frentes de onda tienen que mostrar convergencia hacia un punto. Para ondas planas, el foco emisor se encontraría en el infinito.

Si las ondas fueran generadas por un foco puntual, los frentes de onda serían superficies esféricas. Pero en realidad los focos emisores tienen una forma dada y ocupan un espacio, como ocurre con una antena emisora de radio, por ejemplo, y entonces la forma de los frentes de onda se puede complicar bastante.

Sin embargo, a grandes distancias, es más que aceptable asemejar el foco emisor a un punto, y aproximar las ondas esféricas a ondas planas, ya que si comparamos las superficies concéntricas de esferas muy grandes en una escala muy pequeña respecto a su radio, éstas parecen planos paralelos.

En esta aproximación, las ondas pueden ser descritas por una ecuación que solamente dependerá de una variable espacial y el tiempo. De lo contrario, la posición en la ecuación de onda debería ser tratada con un vector r = (x, y, z). De igual manera,  fuera de la aproximación de ondas planas, el número de ondas k, se tendrá que tratar como un vector de componentes k = (kx,ky,kz).

En el vídeo de abajo podemos ver los frentes de onda de ondas planas generadas en este caso con una cubeta de ondas, sin necesidad de recurrir, por lo tanto, a la aproximación mencionada anteriormente.

ABSORCIÓN DE UN MOVIMIENTO ONDULATORIO

En el mundo real las ondas no únicamente se atenúan, sino que el medio por el que se propagan absorbe parte de su energía. El grado de absorción depende tanto de la intensidad de la onda como del espesor del medio que atraviesa.

Normalmente se plantea la absorción de una onda en el caso, más manejable, en el que tenemos ondas planas; esto es, a gran distancia de su origen, prácticamente todas las ondas pueden aproximarse por ondas planas, donde los frentes de onda son como planos paralelos que avanzan a la misma velocidad. 

En este contexto se define el coeficiente de absorción teniendo en cuenta su proporcionalidad con la intensidad de la onda y con el espesor del medio que atraviesa, y el hecho de que lo que sucede es que la onda pierde (o cede) energía.

El desarrollo de estas consideraciones lleva al hecho de que la absorción es un fenómeno que hace que la energía o intensidad de una onda decaiga de forma exponencial.

EL OÍDO

Lo que realmente hace que el sonido sea tan rico en matices para nosotros es el maravilloso instrumento de precisión que disponemos para poder percibirlo.

DECIBELIOS

El decibelio [dB] es una medida que relaciona dos magnitudes; una de referencia (normalmente denominada I0), y la que queremos medir, que se corresponden con niveles diferentes de intensidad de sonido. Se define como 10 veces el logaritmo natural (en base 10) del cociente entre I y I0. Existen aparatos electrónicos, tanto analógicos como digitales, que sirven para medir el nivel de sonido en decibelios. Popularmente se conoce su uso para medir el nivel de contaminación acústica en un determinado lugar.

ONDAS DE SONIDO

El sonido es un caso particular de onda que se propaga por el espacio debido a un cambio de presión que se traslada provocando pequeñas oscilaciones en la densidad el medio por el movimiento de las moléculas del mismo, con la particularidad de que lo podemos oír. Como toda onda, el sonido se caracteriza por su intensidad y su tono. La intensidad depende de la amplitud y el tono de la frecuencia.

INTENSIDAD DE UNA ONDA

La intensidad de una onda se define como la cantidad de energía de la onda que atraviesa una superficie de un metro cuadrado por segundo. Es decir, que la intensidad de una onda viene dada por la energía de la misma por unidad de superficie y de tiempo; o lo que es lo mismo, potencia [Wattios] por unidad de superficie.

Dado que la energía de la onda es directamente proporcional al cuadrado de la amplitud, la intensidad será igualmente proporcional a la amplitud al cuadrado.

Por otro lado, la intensidad de la onda irá disminuyendo, con lo que la onda se irá atenuando, a medida que se aleje del punto donde se genera, al ser inversamente proporcional al cuadrado de la distancia a tal punto, ya que en el espacio consideramos superficies esféricas cuya área depende del cuadrado del radio.

Pero una cosa es la intensidad de la onda y otra es la percepción auditiva que podemos tener de un sonido en nuestro oído. Para esto último se utiliza una magnitud que se conoce como decibelio [dB]. Nuestra percepción del sonido es tal, que percibimos el doble de fuerte cuando un sonido tiene 10 veces más intensidad que otro. Y esta es la razón por la que se utiliza una escala logarítmica en la definición del decibelio. Además, por razones históricas, se le antepone el prefijo 'deci' al multiplicar el logaritmo por un factor 10. La magnitud original, el 'Bell', se debe al célebre inventor de la telefonía Alexander Graham Bell.

ATENUACIÓN DE UNA ONDA.

Todas las ondas se atenúan a medida que se alejan del foco emisor que las genera. Esto se debe a que la energía de la onda se reparte en líneas o superficies cada vez mayores, con lo que va disminuyendo su amplitud con la distancia.