¿QUÉ SON LAS ONDAS?

La Energía, una medida de la capacidad para realizar el trabajo, viene en muchas formas y puede transformarse de un tipo a otro. Ejemplos de energía almacenada o potencial que incluyen pilas y detrás de una presa de agua. Objetos en movimiento son ejemplos de energía cinética. Partículas cargadas, tales como electrones y protones — crear campos electromagnéticos cuando se mueven, y el tipo de energía que llamamos electromagnéticas son el transporte de estos campos luz o radiación.

¿QUÉ SON LAS ONDAS?

Ondas mecánicas y ondas electromagnéticas son dos aspectos importantes con los que se transporta la energía en el mundo que nos rodea. Las olas en el agua y las ondas sonoras en el aire son dos ejemplos de ondas mecánicas. Ondas mecánicas son causadas por una perturbación o vibración en cuestión, ya sea sólido, líquido o gas y plasma. Asunto que las ondas viajan a través de lo que se llama un medio. las olas de agua están formadas por las vibraciones en un líquido y ondas de sonido están formadas por las vibraciones en un gas (aire). Estas ondas mecánicas viajan a través de un medio haciendo que las moléculas al chocar entre sí, como caída de dominó transferirán la energía de uno a otro. Ondas de sonido no puede viajar en el vacío del espacio porque no hay ningún medio para transmitir estas ondas mecánicas.

Las ondas clásicas transfieren la energía sin asunto a través del medio de transporte. Las ondas en un estanque no llevan las moléculas de agua de un lugar a otro; más la energía de la onda viaja a través del agua, dejando las moléculas de agua en su lugar, igual que un insecto se mese en ondulaciones en el agua.

ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

Derecha. Credit: Ginger Butcher.

La Electricidad puede ser estática, como la energía que puede poner los pelos de punta. Magnetismo también puede ser estático, como en un imán de refrigerador. Un campo magnético cambiante induce un campo eléctrico cambiante y viceversa: los dos están vinculados. Estos cambiantes campos forman las ondas electromagnéticas. Las ondas electromagnéticas difieren de ondas mecánicas porque no necesitan un medio para propagarse. Esto significa que las ondas electromagnéticas pueden viajar a través del aire y materiales sólidos, pero también por el vacío del espacio.

 

En 1860 y 1870, un científico escocés llamado James Clerk Maxwell desarrolló una teoría científica para explicar las ondas electromagnéticas. Notó que los campos eléctricos y magnéticos pueden estar juntos a las ondas electromagnéticas de forma. Resumió esta relación entre electricidad y magnetismo en lo que se conoce ahora como "Ecuaciones de Maxwell".

 

Heinrich Hertz, físico alemán, aplica las teorías de Maxwell a la producción y recepción de ondas de radio. La unidad de frecuencia de una onda de radio--un ciclo por segundo--se llama hertz, en honor a Heinrich Hertz.

Su experimento con ondas de radio resuelto con dos problemas. En primer lugar, ha demostrado feacientemente, lo que Maxwell había sólo teorizórizado — que la velocidad de las ondas de radio es igual a la velocidad de la luz! Esto demostró que las ondas de radio eran una forma de luz! En segundo lugar, Hertz descubrió cómo hacer que el campos magnéticos propio se disosiaran de cables viajen libres como ondas de Maxwell, ondas electromagnéticas.

 

¿ONDAS O PARTÍCULAS? SÍ!

 

Las ondas electromagnéticas están formadas por las vibraciones de campos eléctricos y magnéticos. Estos campos son perpendiculares uno al otro en la dirección de que la onda está viajando. Una vez formada, esta energía viaja a la velocidad de la luz hasta tener más interacción con la materia.

La luz está hecha de paquetes discretos de energía llamados fotones. Los Fotones llevan impulso, no tienen ninguna masa y viajan a la velocidad de la luz. Toda la luz tiene propiedades como partícula y como onda. ¿Cómo un instrumento está diseñado para detectar la luz influye en que estas propiedades son observadas. Un instrumento que diffracta la luz en un espectro de análisis es un ejemplo de la observancia de la propiedad ondulatorias de la luz. La naturaleza como partícula de luz es observada por detectores utilizados en cámaras digitales — fotones individuales liberan electrones que se utilizan para la detección y el almacenamiento de los datos de imagen.

POLARIZACIÓN

Una de las propiedades físicas de la luz es que puede ser polarizada. Polarización es una medición de la alineación del campo electromagnético. En la figura anterior, el campo eléctrico (en rojo) está polarizado verticalmente. En una orientación que atravesará, en otro se rechazará. Esto es similar a cómo las gafas de sol son capaces de eliminar el deslumbramiento por absorber la parte de la luz polarizada.

 

DESCRIBIENDO LA ENERGÍA ELECTROMAGNÉTICA

 

Los términos luz, ondas electromagnéticas y todos se refieren al mismo fenómeno físico de radiación: energía electromagnética. Esta energía puede ser descrita por frecuencia, longitud de onda o energía. Los tres están relacionados matemáticamente que si uno de ellos se sabe, se pueden calcular los otros dos. Radio y microondas generalmente se describen en términos de frecuencia (Hertz), luz infrarroja y visible en términos de longitud de onda (metros) y los rayos x y rayos gamma en términos de energía (electrón voltios). Se trata de una Convención científica que permite el uso práctico de unidades que tienen números que no son ni demasiado grande ni demasiado pequeño.

 

FRECUENCIA

 

El número de crestas que pasan un punto dado en un segundo se describe como la frecuencia de la onda. Una ola — o ciclo — por segundo se llama un hercio (Hz), después de Heinrich Hertz, quien estableció la existencia de ondas de radio. Una ola con dos ciclos que pasan un punto en un segundo tiene una frecuencia de 2 Hz.

 

LONGITUD DE ONDA

 

Las ondas electromagnéticas tienen crestas y valles similares a las de las olas del océano. La distancia entre crestas es la longitud de onda. Las longitudes de onda más cortas son sólo fracciones del tamaño de un átomo, mientras los científicos estudian longitudes de onda más largas actualmente  puede ser mayor que el diámetro de nuestro planeta!

 

ENERGÍA

 

Una onda electromagnética también puede describirse en términos de su energía — en unidades de medida llamado electrón voltios (eV). Un electrón voltios es la cantidad de energía cinética necesaria para mover un electrón a través del potencial de un voltio. Mover a lo largo del espectro de longitudes de onda largas a corta, la energía aumenta a medida que disminuye la longitud de onda. Considere la posibilidad de una cuerda de saltar con sus extremos se tiró arriba y abajo. Más energía se necesita para hacer la cuerda tenga más olas.

 

 

Crédito: NASA ciencia.