Longitud de onda

distancia real de una perturbación (una onda) en un determinado intervalo de tiempo
Longitud de onda en una sinusoide representada por la letra griega λ (lambda).

La longitud de onda es la distancia real que recorre una perturbación en un determinado intervalo de tiempo. Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos máximos consecutivos de alguna propiedad física de la onda. En el caso de las ondas electromagnéticas esa propiedad física puede ser, por ejemplo, su efecto eléctrico (su campo eléctrico) el cual, según avanza la onda, aumenta hasta un máximo, disminuye hasta anularse, cambia de signo para hacerse negativo llegando a un mínimo (máximo negativo). Después, aumenta hasta anularse, cambia de signo y se hace de nuevo máximo (positivo). Esta variación del efecto eléctrico en el tiempo, si la representamos en un papel, obtenemos "crestas" y "valles" (obtenemos una curva sinusoidal) pero la onda electromagnética no "tiene" crestas y valles.

Otra propiedad física, que podríamos haber utilizado para medir la longitud de onda (una perturbacion) de las ondas electromagnéticas, es su efecto magnético (su campo magnético), que también varía en el tiempo.[1][2]

En el caso de las ondas llamadas "olas del mar", esa propiedad puede ser la posición de una de sus moléculas respecto al nivel medio del mar. La perturbación avanza a una determinada velocidad (que depende de varios aspectos que aquí no son relevantes). Si medimos lo que avanza la perturbación en el transcurso de tiempo empleado por una de sus moléculas en pasar dos veces consecutivas por un máximo en su posición respecto al nivel medio del mar, obtendremos la longitud de onda de esa onda que llamábamos "olas del mar". En este caso, esa distancia (esa longitud de onda) coincide con la separación entre dos crestas consecutivas, pero no es conveniente quedarse con la idea de que todas las ondas tienen "crestas". La luz no las tiene. La definición de "distancia recorrida por la perturbación (no por el material, moléculas, etc. ) en una determinada duración de tiempo" es la definición válida.[1][2]

Si representamos en dos dimensiones cómo varía esa propiedad física con la distancia que recorre la onda obtenemos una curva cuyo aspecto muestra cierta periodicidad. En muchos casos esa curva tiene aspecto sinusoidal. La distancia entre dos máximos de esa curva sinusoidal nos muestra el valor (expresado en metros, centímetros o cualquier otra unidad de medida de distancia) de la longitud de onda, pero no "es" la longitud de onda. La longitud de onda es una distancia real recorrida por la onda. No es la distancia entre dos máximos de una curva pintada en un papel. Como es lógico, para poder representar esta curva, necesitamos conocer la velocidad a la que avanza la onda. Las ondas electromagnéticas que llamamos "luz visible" pasan de un máximo de su campo eléctrico a un mínimo y otra vez a un máximo varios billones de veces por segundo. A pesar de que la onda va a una velocidad de casi 300 000 km/s, la distancia que puede recorrer la onda entre dos máximos consecutivos de su campo eléctrico es pequeñísima (nanómetros). En cambio, las ondas electromagnéticas que llamamos "ondas de radio" tienen la propiedad de que su campo eléctrico se hace máximo y mínimo a un ritmo muchísimo menor que el de la luz visible. Por ello, las ondas de radio pueden avanzar centímetros, metros e incluso kilómetros en el transcurso de dos máximos consecutivos de su campo eléctrico. Es por ello que la longitud de onda y la frecuencia (número de veces que su campo eléctrico se hace máximo por segundo) son parámetros que necesariamente están relacionados.

Es necesario recalcar que la longitud de onda no es la distancia que recorren las partículas implicadas en la propagación de la onda (moléculas de agua en las olas del mar, átomos o moléculas de la corteza terrestre en un terremoto, moléculas de la atmósfera terrestre propagando un sonido, etc.). Es la distancia que recorre la onda.

En lenguaje físico/matemático podemos decir que la longitud de onda, es una magnitud física que describe la distancia entre dos puntos consecutivos de una onda sinusoidal que poseen la misma fase. La longitud de onda es descrita frecuentemente con la letra griega lambda (λ). El concepto de longitud de onda suele extenderse también a cualquier onda periódica aunque no sea sinusoidal. La longitud de onda se mide en metros en unidades del Sistema Internacional de Unidades. En aquellas ondas que se desplazan a una velocidad constante, la longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia y directamente proporcional al período de la onda. Ejemplos comunes de ondas son las ondas elásticas (como el sonido) y las ondas electromagnéticas (como la luz).

Índice

Ondas sinusoidalesEditar

 
Serie de Fourier aplicada para aproximar una onda cuadrada como suma de una, dos, tres y cuatro componentes espectrales.

Por el teorema de Fourier, cualquier onda periódica puede ser expresada como la suma ponderada de ondas sinusoidales de distinta longitud de onda. En otras palabras, cualquier onda periódica, independientemente de su forma, puede ser descompuesta en una serie de ondas sinusoidales. Esta propiedad permite estudiar el comportamiento de multitud de ondas mediante el análisis de cada una de sus componentes, denominadas componentes espectrales.

En una onda sinusoidal de frecuencia f y periodo T, la longitud de onda viene dada por la expresión:[3]

 

Donde v es la velocidad de propagación de la onda. En el caso de ondas electromagnéticas propagándose en el vacío, la velocidad de propagación es la velocidad de la luz; en el caso de ondas de sonido, es la velocidad del sonido. En los medios denominados como no dispersivos esta velocidad de propagación es la misma para cualquier longitud de onda.

Medios diferentes al vacíoEditar

Las únicas ondas capaces de transmitirse a través del vacío son las ondas electromagnéticas. Cuando éstas penetran en un medio material, como puede ser el aire o un sólido, su longitud de onda se ve reducida de forma proporcional al índice de refracción n de dicho material. La velocidad de propagación de la luz en el medio es menor a la del vacío mientras que su frecuencia no varía. La velocidad de propagación v' en un medio índice de refracción n viene dada por:

 

Longitud de onda asociada a partículasEditar

Louis-Victor de Broglie postuló que todas las partículas que poseían una cantidad de movimiento tenían asociada una determinada longitud de onda. Es la denominada Hipótesis de De Broglie.

 

Donde:

El cociente entre una constante muy pequeña y un denominador que depende de la velocidad de la partícula, hace que para objetos macroscópicos en movimiento las ondas asociadas a estos sean imperceptibles por ojo humano.

Multiplexación por longitud de ondaEditar

Las ondas electromagnéticas (como la luz) poseen una determinada longitud de onda en relación a su frecuencia. Por ejemplo, la longitud de onda de la luz roja es de alrededor de 645-700 nm; las frecuencias más bajas —y, por lo tanto, de longitudes de onda más largas— que el rojo se denominan infrarrojas y no son visibles por el ojo humano.

Es posible transmitir información mediante una determinada longitud de onda y mezclarla con otras transmisiones similares en un mismo medio, diferenciando todas ellas mediante su longitud de onda original. De hecho, es lo que hacemos al sintonizar un aparato de radio: elegimos una de las tantas emisiones que hay en el espectro electromagnético. Este principio es utilizado en fibras ópticas donde se transmiten varias informaciones por una misma fibra en un proceso denominado multiplexación por longitud de onda, que puede ser "densa" o "gruesa" según la cantidad de canales y la precisión requerida para la multiplexación, y por supuesto el costo de implementación. Esto es muy utilizado en cables de fibra óptica submarina, una evolución de los sistemas de multiplexación por división de frecuencia que se utilizaban anteriormente en cables coaxiles.

Véase tambiénEditar

ReferenciasEditar

  1. a b Página web Ventanas al Universo, artículo donde se describen los conceptos básicos de longitud de onda, titulado "Longitud de Onda". [1] Consultado el 7may14
  2. a b Página web Prácticas de radiocomunicaciones, artículo donde se describen los conceptos básicos de longitud de onda, titulado "Concepto de longitud de onda". [2] Consultado el 7may14
  3. David C. Cassidy, Gerald James Holton, Floyd James Rutherford (2002). Understanding physics. Birkhäuser. pp. 339 ff. ISBN 0-387-98756-8. 

Enlaces externosEditar