FÍSICA · ONDAS
Desde una cuerda y el sonido hasta la luz y las ondas gravitacionales: ejemplos para distinguir qué se propaga, cómo se mueve la perturbación y qué significan sus magnitudes.
Una onda es una perturbación que se propaga. Puede transportar energía sin que todo el material viaje con ella. Las ondas mecánicas necesitan un medio; las electromagnéticas y las gravitacionales pueden propagarse en el vacío. Aquí veremos una selección introductoria de casos clásicos.
EJEMPLO 01
Un tirón vertical breve produce una perturbación que avanza por una cuerda horizontal.
Los puntos de la cuerda se desplazan perpendicularmente al avance del pulso.
Resultado: Onda mecánica transversal
Condiciones: Cuerda tensa y desplazamientos pequeños; un pulso aislado no tiene por qué repetir un período.
EJEMPLO 02
Empuja y retira periódicamente un extremo de un resorte a lo largo de su eje.
Las compresiones avanzan; las espiras oscilan en dirección paralela a ese avance.
Resultado: Onda mecánica longitudinal
Condiciones: El resorte no viaja entero junto con cada compresión.
EJEMPLO 03
La voz genera variaciones de presión que se propagan por el aire.
Las partículas de aire oscilan alrededor de sus posiciones de equilibrio; no van de la boca al oído con cada onda.
Resultado: Onda longitudinal de presión
Condiciones: Descripción acústica de pequeña amplitud en aire; en sólidos pueden existir otros modos.
EJEMPLO 04
Aunque la ambulancia esté detenida, su sirena puede transmitir sonido a través del aire.
La fuente vibra y perturba el medio; no se necesita movimiento del vehículo para producir la onda.
Resultado: Onda sonora mecánica
Condiciones: La sirena real combina frecuencias y puede variar en el tiempo; no es necesariamente un tono sinusoidal puro.
EJEMPLO 05
En una onda superficial de pequeña amplitud, el agua puede moverse tanto horizontal como verticalmente.
En agua profunda las trayectorias son aproximadamente circulares; con profundidad finita pueden ser elípticas.
Resultado: Movimiento combinado, no solo transversal
Condiciones: Modelo lineal antes de la rotura; corrientes y deriva impiden afirmar que toda el agua permanece exactamente en el mismo sitio.
EJEMPLO 06
Una onda P comprime y dilata el material en la dirección en que avanza.
La clasificación usa la dirección de la perturbación respecto a la propagación.
Resultado: Compresión paralela a la propagación
Condiciones: Sentir un temblor horizontal u «oscilatorio» no basta para identificar una onda P.
EJEMPLO 07
Una onda S produce desplazamientos perpendiculares a su dirección de propagación.
Puede tener distintas polarizaciones: transversal no significa siempre vertical.
Resultado: Deformación transversal
Condiciones: «Trepidatorio» no es sinónimo preciso de onda S. Las ondas S de volumen requieren rigidez de corte.
EJEMPLO 08
La luz visible está asociada a campos eléctrico y magnético variables.
Una onda plana en el vacío tiene campos transversales a la propagación.
Resultado: Onda electromagnética
Condiciones: No son partículas de aire que suben y bajan; la luz también puede viajar por el vacío.
EJEMPLO 09
Una antena emisora puede enviar una señal que recibe otra antena.
La información modifica una señal electromagnética; no se transporta como sonido entre antenas.
Resultado: Onda electromagnética de radiofrecuencia
Condiciones: La propagación depende del entorno y de la frecuencia. Radio y sonido no son la misma onda.
EJEMPLO 10
Un radar puede emitir microondas y analizar la señal reflejada.
Las microondas forman parte del espectro electromagnético; suelen considerarse una región de las radiofrecuencias.
Resultado: Radiación electromagnética
Condiciones: No son ondas mecánicas ni necesitan aire para propagarse.
EJEMPLO 11
Los rayos X tienen longitudes de onda mucho menores que la luz visible.
No constituyen una onda de compresión del medio.
Resultado: Otra región del espectro electromagnético
Condiciones: En el vacío comparten la rapidez c con la luz visible; menor longitud de onda no significa mayor rapidez en el vacío.
EJEMPLO 12
La señal GW150914 se interpretó como la fusión de dos agujeros negros que produjo un agujero negro final.
Las ondas gravitacionales son perturbaciones propagantes del espacio-tiempo.
Resultado: Ondas gravitacionales observadas
Condiciones: Es un caso observado y concreto; no se infiere una señal detectable de cualquier formación aislada de un agujero negro.
EJEMPLO 13
Un colapso estelar con asimetrías dinámicas puede emitir ondas gravitacionales.
La explosión visible por sí sola no garantiza una señal gravitacional detectable.
Resultado: Posible fuente de ondas gravitacionales
Condiciones: Se presenta como fuente física posible; un colapso perfectamente esférico ideal no emite esas ondas.
EJEMPLO 14
Estima la rapidez de una onda superficial muy larga sobre una profundidad uniforme h = 4000 m. Usa g = 9,8 m/s².
v ≈ √(gh) = √(9,8 × 4000) ≈ 198 m/s.
Equivale aproximadamente a 713 km/h.
Resultado: v ≈ 198 m/s en el modelo elegido
Condiciones: Aproximación de aguas someras respecto a la longitud de onda: h mucho menor que λ, aunque el océano sea profundo. La gravedad actúa como fuerza restauradora; no es una onda gravitacional.
EJEMPLO 15
Un pulso transversal llega al extremo fijo de una cuerda ideal.
El desplazamiento en el extremo debe ser cero: la reflexión invierte el signo del pulso.
Resultado: El pulso vuelve invertido
Condiciones: Extremo fijo; un extremo libre ideal produce una reflexión sin esa inversión.
EJEMPLO 16
Supón una luz con f = 5,0 × 10¹⁴ Hz y un vidrio con índice n = 1,5. Usa c ≈ 3,0 × 10⁸ m/s.
En el vacío, λ₀ = c/f = 600 nm.
En el vidrio, v = c/n = 2,0 × 10⁸ m/s y λ = v/f = 400 nm.
Resultado: Cambia λ; f se conserva
Condiciones: Interfaz estacionaria y transparente para esa frecuencia; a incidencia normal cambia la rapidez aunque no se desvíe el rayo.
EJEMPLO 17
Una onda sonora puede extenderse al pasar por una abertura, de modo que alcance puntos fuera de la trayectoria recta inicial.
La difracción es más marcada cuando la abertura tiene un tamaño comparable con λ.
Resultado: Difracción
Condiciones: En un edificio real también intervienen reflexión y absorción; no todo sonido tras una esquina se explica solo por difracción.
EJEMPLO 18
En un punto de una cuerda, dos pulsos producirían por separado desplazamientos de +2 cm y −1 cm.
Durante el cruce, el desplazamiento total es +1 cm.
Resultado: +2 cm + (−1 cm) = +1 cm
Condiciones: Principio de superposición en régimen lineal; no implica que los pulsos desaparezcan después del cruce.
EJEMPLO 19
Dos ondas iguales que avanzan en sentidos contrarios pueden crear un patrón que no se traslada.
Los nodos permanecen con desplazamiento cero; los vientres oscilan con amplitud máxima.
Resultado: Patrón estacionario con nodos
Condiciones: Superposición ideal de ondas de igual frecuencia y amplitud. No se debe atribuir avance a las crestas de una onda estacionaria.
EJEMPLO 20
Un tono tiene f = 686 Hz. Para este ejercicio, toma v = 343 m/s.
λ = v/f = 343/686 = 0,50 m.
Resultado: λ = 0,50 m
Condiciones: Aire aproximadamente a 20 °C; la rapidez depende de las condiciones del medio.
EJEMPLO 21
Un punto del medio completa ocho oscilaciones por segundo.
f = 8 Hz; T = 1/f = 1/8 = 0,125 s.
Resultado: T = 0,125 s
Condiciones: Se supone una oscilación periódica estable.
EJEMPLO 22
Una señal tiene frecuencia de 100 MHz. Usa c ≈ 3,0 × 10⁸ m/s.
100 MHz = 1,0 × 10⁸ Hz.
λ = c/f ≈ 3,0 m.
Resultado: λ ≈ 3,0 m
Condiciones: Vacío, o aire como aproximación; no se usa 100 como si ya estuviera expresado en Hz.
EJEMPLO 23
Una cuerda tiene tensión F = 50 N y masa por longitud μ = 0,020 kg/m.
v = √(F/μ) = √(50/0,020) = 50 m/s.
Resultado: v = 50 m/s
Condiciones: Cuerda uniforme y flexible, tensión constante y pequeñas pendientes; μ no es masa total.
EJEMPLO 24
Considera y(x,t) = (0,020 m) sen[2π(x/(0,80 m) − t/(0,40 s))].
f = 1/T = 2,5 Hz; v = λ/T = 2,0 m/s.
El signo menos entre x y t indica avance hacia +x; el argumento del seno es adimensional.
Resultado: A = 2 cm; λ = 0,80 m; T = 0,40 s
Condiciones: Onda sinusoidal viajera ideal. A mide el desplazamiento máximo, no la rapidez de avance ni la distancia entre crestas.
Transversal o longitudinal describe la dirección de la perturbación respecto al avance. No significa simplemente arriba/abajo frente a izquierda/derecha. Una gráfica sinusoidal de presión puede representar una onda sonora longitudinal; su curva no es la trayectoria de las partículas.
Mecánica, electromagnética o gravitacional distingue la naturaleza física. Estos criterios se pueden combinar: el sonido en aire es mecánico y longitudinal; una onda en una cuerda es mecánica y transversal. El oleaje superficial combina componentes.
Las ondas de gravedad en agua y las gravitacionales no son lo mismo: en las primeras la gravedad restaura la superficie desplazada; las segundas corresponden a perturbaciones del espacio-tiempo. Tampoco toda oscilación es una onda: una vibración local necesita propagarse para dar lugar a una onda viajera.
| Magnitud | Significado y unidad |
|---|---|
| Amplitud A | Máxima perturbación respecto al equilibrio; unidad según la magnitud. |
| Longitud λ | Distancia entre puntos consecutivos en la misma fase; m. |
| Período T | Tiempo de un ciclo; s. |
| Frecuencia f | Ciclos por segundo; Hz = s⁻¹. |
| Rapidez v | Avance de la fase de la onda; m/s. |
Los pulsos aislados no necesitan un período único. En la cuerda fija de los ejercicios, el modo fundamental tiene λ₁ = 2L y f₁ = v/(2L).
CONTRASTE 01
Una zona de congestión puede desplazarse hacia atrás mientras los vehículos avanzan.
Se propaga una variación de densidad y velocidad del tráfico.
Resultado: Onda de tráfico: una analogía útil
Condiciones: No es una onda elástica de compresión del aire ni exige que los autos choquen. No todo arranque aislado constituye una onda.
CONTRASTE 02
Una cabina puede oscilar al frenar debido a su sistema mecánico.
Para hablar de una onda hay que identificar una perturbación que se propaga por un medio, por ejemplo por un cable.
Resultado: Vibración no equivale por sí sola a onda
Condiciones: Sin esa información, el movimiento global de la cabina solo acredita una vibración.
CONTRASTE 03
El viento transporta aire y entrega energía a las aspas.
Una onda de gravedad en un fluido requiere una perturbación con gravedad como fuerza restauradora, como una onda larga del océano.
Resultado: Flujo de aire, no ejemplo de onda de gravedad
Condiciones: Que un fluido se mueva no basta para clasificar ese movimiento como onda.
CONTRASTE 04
Una colisión puede originar vibraciones, sonido si hay medio y otras formas de radiación.
Un encuentro de masas podría producir radiación gravitacional extremadamente débil, pero no se deduce una señal observable de la simple frase «dos meteoritos chocan».
Resultado: No es un ejemplo representativo de detección gravitacional
Condiciones: Para ejemplificar ondas gravitacionales observadas se usa aquí la fusión de agujeros negros del caso 12.
Selección y desarrollo: Editorial Ejemplode. Revisión: 7 de octubre de 2026.