Ondas longitudinales

longitudinales

Una onda longitudinal es una onda 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. Un ejemplo de onda longitudinal es el [1]sonido, Acústica. En las ondas sísmicas también tenemos presencia de las ondas longitudinales.

Las ondas mecánicas longitudinales pueden propagarse a través de medios sólidos, líquidos y gaseosos, pero las ondas mecánicas transversales solo pueden propagarse a través de sólidos. Esto es así por que los puntos de una onda transversal oscilan paralelos a un plano, lo cual requiere que el medio ejerza fuerzas paralelas al plano. Un medio solidó puede ejercer tales fuerzas, pero un fluido no (propiedad uno de los fluidos ). Por consiguiente, solo las ondas longitudinales se pueden propagar en medios fluidos como el aire y el agua.

Para que se produzca una onda mecánica son necesarias las siguientes condiciones:

• Una fuente de perturbación.
• Un medio a través del cual se propague la perturbación.
• Un mecanismo por medio del cual las partículas del medio interactúen entre sí para intercambiar energía.

Las ondas mecánicas cuentan con las siguientes características:

• La onda se propaga desde la fuente en todas las direcciones en que le sea posible.
• Dos ondas pueden entrecruzarse en el mismo punto del medio sin modificarse una a la otra. Esta propiedad es [2]interferencia
• La velocidad de la onda es una propiedad dependiente únicamente de las características físicas del medio, salvo en ondas a flexión en la que son también función de la frecuencia.

Oscilaciones longitudinales de dos masas acopladas

Escogemos aquí dos masas acopladas por que en este caso se puede ver de manera sencilla como seria la forma de oscilación de una masa (se ve claro en el planteamiento del modo uno) y al determinar los modos de oscilación sabiendo que el número de modos de un sistema es igual al número de grados de libertad se ilustra de manera clara y sencilla mostrando una manera apropiada de plantear el problema.

Caracteristicas:

Las dos masas M se deslizan sin fricción sobre una mesa. Los tres resortes con masa despreciable e idénticos, cada uno con constante K. Sabemos que deben existir dos modos de oscilación dado que hay dos grados de libertad. En un modo, cada parte móvil (cada masa) oscila con movimiento armónico. Esto significa que cada parte móvil oscila con la misma frecuencia y entonces la fuerza de retorno, por unidad de desplazamiento por unidad de masa ${\displaystyle (\omega ^{2})}$es la misma para ambas masas (el único requerimiento es que el movimiento sea armónico con una única frecuencia).

En el ejemplo presente las masas son iguales. Necesitamos luego buscar solo configuraciones que tengan la misma fuerza de retorno por unidad de desplazamiento para ambas masas. Supongamos que los desplazamientos puedan ser los mismos y veamos si esto es apropiado. Si comenzamos en la posición de equilibrio y luego desplazamos ambas masas a la derecha, nótese que el resorte central tiene la misma longitud que tiene en el equilibrio, de manera que no ejerce fuerzas sobre ninguna masa. La masa de la izquierda es atraída hacia la izquierda por que el resorte izquierdo esta extendido. La masa derecha es empujada hacia la izquierda con la misma fuerza por que el resorte de la derecha esta comprimido en la misma cantidad.