Un muelle helicoidal muy popular como juguete (un Slinky) es un recurso fácil para visualizar los tres tipos diferentes de movimiento en el medio a través del que pasa una onda [1]. Primero movemos el extremo del muelle de lado a lado, o hacia arriba y hacia abajo como en la ilustración (a) de la figura de abajo. Observaremos que una onda de desplazamiento de lado a lado (o de arriba a abajo) viaja a lo largo del muelle. Ahora empujamos el extremo del muelle hacia adelante y hacia atrás, a lo largo de la dirección del propio muelle, como en la ilustración (b). Vemos ahora que una onda de desplazamiento de ida y vuelta viaja a lo largo del muelle. Finalmente, giramos el extremo del muelle rápidamente hacia la derecha y hacia la izquierda, como en la ilustración (c). En este caso una onda de desplazamiento angular se mueve a lo largo del muelle.

Las ondas como las de (a), en las que los desplazamientos son perpendiculares a la dirección en que viaja la onda, se denominan ondas transversales. Las ondas como las de (b), en las que los desplazamientos son en la dirección en la que se desplaza la onda, se denominan ondas longitudinales. A las ondas como las de (c), en las que los desplazamientos giran en un plano perpendicular a la dirección de la onda las llamaremos ondas torsionales.

Los tres tipos de movimiento ondulatorio solo se encuentran a efectos prácticos en sólidos. Sin embargo, en los fluidos las ondas transversales y torsionales se extinguen muy rápidamente y, por lo general, no se pueden producir en absoluto salvo en la superficie. De aquí se deduce, por ejemplo, que las ondas sonoras en el aire y en el agua son longitudinales. Las moléculas del medio se desplazan hacia adelante y hacia atrás a lo largo de la dirección en la que viaja la energía del sonido [2].

Es habitual y muy útil hacer una gráfica para representar los patrones de una onda en un medio. Por supuesto, esto es muy fácil de hacer para las ondas transversales, pero no tanto para las ondas longitudinales o torsionales. Pero hay formas de conseguirlo. Por ejemplo, el gráfico siguiente representa el patrón de compresiones en un momento dado a medida que una onda de sonido (longitudinal) pasa por el aire. La línea del gráfico sube y baja porque el gráfico representa una instantánea del aumento y la disminución de la densidad del aire y de la presión asociada a lo largo de la trayectoria de la onda. No representa, y esto hay que recalcarlo, un movimiento hacia arriba y hacia abajo de las propias moléculas del aire.

Para describir completamente las ondas transversales, como las de las cuerdas, se debe especificar la dirección del desplazamiento. Cuando el patrón de desplazamiento de una onda transversal está a lo largo de una línea en un plano perpendicular a la dirección del movimiento de la onda, se dice que la onda está polarizada. La polarización se suele asociar popularmente a las ondas electromagnéticas pero es un fenómeno que afecta, de hecho a todas las ondas transversales. En el gráfico siguiente se ve cómo se consigue la polarización cuando solo se permite una dirección del movimiento.

Estos tres tipos de ondas (longitudinal, transversal y torsional) tienen una característica importante en común. Las perturbaciones se alejan de sus fuentes a través del medio y continúan por sí mismas (aunque su amplitud puede disminuir debido a la pérdida de energía debido a la fricción y otras causas). Hacemos hincapié en esta característica concreta usando un verbo específico. Así, decimos que las ondas se propagan. Esto significa algo más que decir simplemente que «viajan» o «se mueven».

Un ejemplo aclarará la diferencia entre las ondas que se propagan y las que no lo hacen. Es posible que hayas visto un campo de trigo o una pradera de hierba alta. Cuando el viento sopla se producen ondulaciones. El medio para estas «ondas» es el trigo o la hierba, y la perturbación es el movimiento oscilatorio de cada planta. Esta perturbación de hecho viaja, pero no se propaga; es decir, la perturbación no se origina en una fuente y luego continúa por sí misma. A diferencia de las ondas que estamos considerando, en los campos de trigo o en las praderas la ondulación tiene que alimentarse continuamente por la energía del viento. Cuando el viento cesa, la perturbación no continúa desplazándose, sino que también se detiene. Las ondulaciones viajeras del trigo oscilante no son en absoluto lo mismo que las ondas en una cuerda o en el agua. Las ondas son perturbaciones que se propagan en un medio [1].

Nota:

[1] En la primera parte de esta serie nos centramos en ondas mecánicas y todo lo que decimos, por defecto, se refiere exclusivamente a ondas mecánicas.

[2] Recordemos que las ondas son modos de transferencia de energía sin transferencia de materia.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance