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Ondas Transversales.

Las ondas transversales son un fenómeno fundamental en el campo de la física que se caracterizan por la vibración de partículas en dirección perpendicular a la dirección de propagación de la onda, si una onda transversal se mueve en el eje $z$, sus oscilaciones irían en dirección de los planos $x-y$, como se puede ver en la figura 1.

Figura 1. La onda viaja a través del eje $z$, mientras el campo eléctrico oscila linealmente con una inclinación de 45° en el plano $x-y$

Este tipo de ondas se encuentran en una amplia variedad de contextos, desde la luz y las ondas electromagnéticas hasta las ondas sísmicas y las ondas en la superficie de los líquidos.

Ejemplos comunes de ondas transversales incluyen las ondas en una cuerda tensa cuando se sacude lateralmente y las ondas electromagnéticas, como la luz visible y las ondas de radio.

Ejemplo de onda transversal Luz polarizada

Ondas transversales, velocidad de fase

La velocidad de grupo se refiere a como se desplaza la energía a lo largo del medio a través de la onda, puede ser diferente para componentes diferentes de frecuencia, la velocidad de fase, por otro lado, se refiere a como se desplaza la forma de una onda. La fase de una onda es la posición relativa de un punto en la onda en un momento dado. Indica la posición del pico o el valle de la onda en un punto específico en el tiempo.

El concepto de velocidad de fase es esencial en diversas áreas de la física y la ingeniería. Por ejemplo, en el campo de la acústica, la velocidad de fase es crucial para entender cómo se propagan las ondas sonoras en diferentes medios, lo que es fundamental para el diseño de sistemas de sonido como en las ondas en la cuerda de una guitarra y para predecir el comportamiento del sonido en el entorno. En la óptica, la velocidad de fase está relacionada con la velocidad de propagación de la luz a través de diferentes materiales, lo que tiene implicaciones importantes en el diseño de dispositivos ópticos y en la comprensión de fenómenos como la refracción y la dispersión de la luz.

La ecuación de onda y su solución

Onda plana: Una onda plana es una solución de la ecuacion de onda

${\displaystyle {\frac {\partial ^{2}\Psi }{\partial \mathbf {x} ^{2}}}={\frac {1}{\mathbf {v} ^{2}}}{\frac {\partial ^{2}\Psi }{\partial \mathbf {t} ^{2}}}}$

de la siguiente forma:

${\displaystyle \psi ({\textbf {r}},t)=Ae^{i({\textbf {k}}\cdot {\textbf {r}}\pm \omega {t})}}$

Se dice que una onda plana electromagnética es uniforme si en ella, las intensidades de campo eléctrico y magnético presentan amplitudes constantes en las superficies equi fase. Ondas de este tipo sólo pueden encontrarse en el espacio libre a una distancia infinita de la fuente.

En las ondas planas la velocidad tiene una sola componente paralela al eje x

Ondas esféricas: La ecuación de onda en coordenadas esféricas será

${\displaystyle {\frac {\partial ^{2}}{\partial {r^{2}}}}(r\psi )={\frac {1}{v^{2}}}{\frac {\partial ^{2}}{\partial {t^{2}}}}(r\psi )}$

Reflexión y transmisión de ondas en frontera, reflexión y transmisión de energía en fronteras entre dos medio. Impedancia

Grupos de onda y velocidad de grupo, el teorema del ancho de banda.

Ejemplos: ondas superficiales en un líquido de gravedad y de tensión superficial, ondas transversales en estructuras periódicas.

Efecto Doppler.

Ondas longitudinales.

Ondas de sonido en gases, distribución de energía, intensidad del sonido.

Ondas longitudinales en un solido