Onda longitudinal

Una onda longitudinal es una onda mecánica en la que el movimiento de oscilación de las partículas del medio es paralelo a la dirección de propagación de la onda. Las ondas longitudinales reciben también el nombre de ondas de presión u ondas de compresión. Algunos ejemplos de ondas longitudinales son el sonido y las ondas sísmicas de tipo P generadas en un terremoto.

En teoría de campos también pueden existir ondas no mecánicas de tipo longitudinal, aunque las ondas electromagnéticas son siempre ondas transversales, nunca longitudinales, debido a que el fotón es una partícula sin masa.

Introducción

Representación de la propagación de una onda longitudinal en un reticulado de 2 dimensiones.

Onda de presión.

La primera figura ilustra el caso de una onda sonora. Si el centro de la figura es un foco puntual generador de la onda, los frentes de onda se desplazan alejándose del foco, transmitiendo el sonido a través del medio de propagación, por ejemplo aire. Por otro lado, cada partícula de un frente de onda cualquiera oscila en dirección de la propagación, esto es, inicialmente empujada en la acción por efecto del incremento de presión provocado por el foco, retornando a su posición anterior por efecto de la disminución de presión provocada por su desplazamiento, por esa razón las ondas sonoras son ondas longitudinales. Estas necesitan de un medio material (sólido, líquido o gas).

Ejemplos de ondas longitudinales[editar]

• Una onda sonora que se propaga por el aire o el agua es siempre una onda longitudinal.
• Las ondas P que son las primeras ondas sísmicas en llegar desde el epicentro a la superficie, son ondas longitudinales.

DESCRIPCIÓN Las ondas en las que la perturbación es paralela a la dirección de propagación se denominan longitudinales. Un ejemplo muy importante lo constituyen las ondas sonoras propagándose en cualquier medio material (sólido, líquido o gaseoso). Durante la propagación de la onda, las moléculas del medio oscilan en la dirección de propagación.

EJEMPLOS Y SIMULACIONES Ondas longitudinales en una barra elástica La siguiente simulación representa la propagación de una onda longitudinal, y con ella trataremos de mostrar las características esenciales del movimiento ondulatorio armónico. Supongamos que una fuente situada en el origen describe un movimiento armónico simple. El movimiento de la fuente es comunicado a las partículas del medio, en el cual se propaga un movimiento ondulatorio armónico. Puede observarse cómo las partículas del medio, y en particular, las situadas en la posición x = 3, dibujadas en color azul para distinguirlas del resto, describen un movimiento armónico simple. La parte superior de la figura, representa el desplazamiento de cada una de las partículas del medio en función de tiempo. Por razones de claridad su amplitud se ha exagerado. Instrucciones El programa  requiere introducir en el control de edición titulado Longitud de onda, el valor que le damos a la longitud de la onda, y en el control de edición titulado Velocidad de propagación, el valor que le damos a esta magnitud. Después se pulsa el botón Empieza y se observa la propagación de una onda armónica a lo largo del eje X, hacia la derecha. Observar que las partículas del medio, en particular las situadas en x = 3, describen un Movimiento Armónico Simple, cuyo periodo podemos medir y comprobar que es igual al cociente entre la longitud de onda y la velocidad de propagación. Congelar el movimiento ondulatorio en un instante dado, pulsando el botón titulado Pausa, y observar la representación de una función periódica de periodo espacial o longitud de onda igual a la distancia existente entre dos picos consecutivos, dos valles, o el doble de la distancia entre dos nodos (puntos de corte de la función con el eje X).Comprobar que esta distancia es la misma que hemos introducido en el control de edición titulado Longitud de onda. Para reanudar el movimiento pulsar en el mismo botón titulado ahora Continua. Observar la propagación de la perturbación y su desplazamiento a lo largo del eje X. Comprobar, utilizando el botón titulado Paso, que se desplaza una longitud de onda en el periodo de una oscilación. Sin cambiar la velocidad de propagación, modificar la longitud de onda y observar que a mayor longitud de onda, el periodo de las oscilaciones es mayor y la frecuencia menor, y viceversa. Medida de la velocidad de las ondas longitudinales en un metal La siguiente simulación representa un tubo de vidrio que contiene aire. El tubo está cerrado por un extremo mediante un disco unido a una varilla de metal, que se hace vibrar longitudinalmente. Por el otro extremo, el tubo está cerrado por otro disco que se puede desplazar a lo largo del tubo a fin de buscar las frecuencias de resonancia. Conocida la velocidad del sonido en el aire y la longitud de las ondas estacionarias en el tubo, se determina la velocidad del sonido en la varilla de metal. (A su vez, conocida la velocidad del sonido en la varilla de metal, el mismo dispositivo podría utilizarse para determinar la velocidad del sonido de un gas que llenara el tubo). La varilla que genera las ondas acústicas, tiene una longitud fija de 160 cm, y está firmemente asegurada en dos puntos, situados a 40 cm de cada extremo. Se han esparcido por el tubo de vidrio pequeños trocitos de corcho o polvo seco de alguna otra sustancia que no se pegue a las paredes. Se hace vibrar la varilla de metal y se va moviendo el disco en el otro extremo poco a poco, hasta observar una disposición bien definida (situación de resonancia) de las motas de polvo. Se localizan los nodos de la onda estacionaria formada, definidos por la ausencia de polvo para varias posiciones del disco desplazable. La distancia entre dos nodos consecutivos es una semilongitud de onda en el aire: la/2. Como la frecuencia de las ondas acústicas  no cambia al pasar del metal al aire y la longitud de onda en la varilla metálica es lm = 160 cm, puede obtenerse la velocidad de propagación del sonido en el metal como producto de la velocidad de propagación del sonido en el aire por el cociente entre la longitud de onda en la varilla metálica y la longitud de onda en el aire: vm = va (lm/la).