¿Qué es longitud de onda?: Sinusoidales y Estacionarias

La longitud de onda es un parámetro que se utiliza para determinar la frecuencia de una onda, representa la distancia que hay desde una cresta de la onda hasta la siguiente cresta donde comienza el siguiente ciclo.

De forma general la longitud de onda es cualquier distancia sin importar desde donde se mida, bien sea desde la cresta de la onda o desde otro punto de la misma, hasta el siguiente punto en la onda donde el ciclo comienza de nuevo, es decir, es la longitud de un ciclo de la onda que se propaga periódicamente en el espacio, tal y como se muestra en la siguiente figura.

Longitud de onda
Longitud de onda
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    Ondas sinusoidales

    Las ondas sinusoidales son ondas como la función seno y coseno, es decir, son curvas que en su trayectoria representan a dichas funciones gráficamente, las ondas sinusoidales son ondas periódicas, pero que una onda no sea sinusoidal no quiere decir que no sea periódica.

    Una onda puede ser periódica sin ser sinusoidal, para lo cual se utiliza el teorema de Fourier, el cual permite transformar una onda periódica no sinusoidal en una serie de senos y cosenos de diferentes frecuencias.

    Teorema de Fourier

    El teorema de Fourier permite estudiar el comportamiento de señales periódicas no sinusoidales gracias a que la misma se puede descomponer en una serie de ondas que sí son sinusoidales que representan el espectro de dicha señal.

    Esto es así, porque el estudio de infinitas componentes espectrales sinusoidales ya está hecho, es decir, trabajar con ondas sinusoidales será mejor ya que se conocen sus posibles comportamientos, sin el teorema de Fourier, no sería tan sencillo realizar este trabajo, ya que habría que analizar detalladamente cada onda no sinusoidal.

    A la descomposición de la onda en sus componentes sinusoidales, se le dice, contenido espectral, debido a que está compuesto por una serie de ondas de diferente frecuencia y longitud.

    Ecuación de la longitud de onda

    La longitud de onda se puede determinar como λ = v/f, donde v es la velocidad de propagación de la onda y f es la frecuencia de la misma, otra forma de determinarla si se conoce su período es λ = vT, la cual es el producto de la velocidad “v” y el período “T”.

    El vacío como medio no dispersivo

    El vacío es un medio no dispersivo, lo cual significa que todas las ondas independientemente de su longitud se propagan a la misma velocidad que es igual a la velocidad de la luz en este medio la cual es aproximadamente 300.000.000 m/s.

    Ondas estacionarias

    Una onda estacionaria, como lo dice su nombre es una onda, que permanece fija en el lugar donde está, significando esto que no se propaga, esto no quiere decir, que no varía su tamaño, permanece estacionaria, pero puede variar de amplitud debido a los distintos modos de vibración que presenta, como se muestra en el siguiente video.

    Sin embargo una onda estacionaria puede describirse como la suma de dos ondas que se propagan en el espacio en sentidos contrarios.

    Comportamiento de la onda en función del medio

    Si una onda que va viajando en un material pasa a otro material, no toda la onda continúa su recorrido, una parte de la onda se refleja, es decir, se devuelve o viaja en sentido contrario y la onda que entró en el nuevo material mantiene su frecuencia pero cambia su velocidad y dirección.

    Los cambios que se dan en la onda desde el momento en que entra en un nuevo medio, repercuten en su velocidad y longitud. Si una onda pasa de un medio con densidad “A” a un medio con densidad “B”, entonces debido a que las densidades de ambos medios son diferentes, la velocidad de propagación de la onda cambiará y por consiguiente su longitud de onda.

    Por ejemplo, cuando la onda pasa a un medio menos denso, su velocidad de propagación aumenta y la longitud de onda también lo hará, lo contrario ocurrirá cuando la onda incide en un medio con mayor densidad.

    Índice de refracción

    Existe una relación entre las longitudes de una onda en medios con índices de refracción diferentes, la cual es λ1/λ2 = n2/n1, donde λ es la longitud de onda en el medio 1 o 2 y n es el índice de refracción en el medio respectivo.

    Ley de Snell

    Hemos dicho que la dirección de la onda cambia al entrar en un nuevo medio, la cual se puede encontrar a través de la ley de Snell:

    n1senα1=n2senα2

    donde: 

    α1 = Es el ángulo de incidencia con que la onda electromagnética penetra al medio 2.

    α2 = Es el ángulo de refracción con que la onda cambia de dirección al entrar al segundo medio, es decir, representa su nueva dirección en este medio.

    Por lo tanto, se tiene que el camino que recorrerá la onda en el nuevo medio (medio 2), depende de los ángulos de incidencia y refracción, y a su vez de la longitud de onda.

    Se puede formar la dispersión de la luz aprovechando este fenómeno, debido a la siguiente razón:

    Se sabe que la luz visible, está compuesta por un conjunto de ondas electromagnéticas cada una con una frecuencia diferente y por lo tanto con longitudes de onda diferente, y se acaba de decir que el ángulo de refracción, es decir, la dirección de la onda en el nuevo medio depende de esta longitud.

    Debido a que la luz está compuesta por ondas de diferentes longitudes, entonces cuando la luz se proyecta por ejemplo desde el aire hacia otro medio con características diferentes, cada longitud de onda contenida en la luz continua con una dirección diferente, produciendo su dispersión.

    Comportamiento de las ondas en medio no uniformes

    Cuando una onda se transmite a través de un medio que cambia sus características en función de su posición, entonces por ende, la velocidad de la onda cambiará de igual manera, esto hace que la longitud de onda no mantenga una periodicidad espacial, es decir, que el tamaño de sus longitudes de onda no se repiten puesto que cambian continuamente al cambiar el medio por el cual se transmite.

    Comportamiento de las ondas en medios cristalinos

    La importancia que tiene la longitud de onda en este medio, radica en hacer un análisis de fenómenos como las bandas de energía, y las vibraciones de redes para estudiar la conducción térmica y eléctrica.

    Las mismas en estos medios no mantienen sus características.

    Longitud de onda (partículas)

    Este enfoque es el resultado de un postulado que se hizo a partir de una serie de hipótesis, la cual indica que una serie de partículas separadas a una distancia determinada, las cuales vibran, es decir, tienen capacidad para moverse, describen en conjunto una onda.

    Multiplexación por longitud de onda

    La multiplexación por longitud de onda se basa en clasificar las ondas según su longitud para transmitir información, por ejemplo, cuando se desea colocar una emisora específica en una radio.

    Como su nombre lo indica la emisora emite ondas que tienen una longitud dependiendo de la emisora que sea, cuando se procede a sintonizar con esta, se permite que la onda de la emisora seleccionada entre en sintonía con la radio, y así poder escuchar la información que transporta, o dicho de otra manera se sintoniza dicha señal.

    Se usa esta tecnología para transmitir información a través de fibra óptica la cual clasifica la información según la longitud de cada onda.

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