¡Desde modelos de la era Meiji hasta aplicaciones de última generación! Descubre la verdadera naturaleza de las ondas a través del baile de las abejas (Ondas transversales, longitudinales y superposición)
Hola, soy Ken Kuwako, entrenador científico. Para mí, cada día es un nuevo experimento.
El fenómeno de las ondas está por todas partes en nuestra vida diaria: las olas del mar, el sonido e incluso la luz. Sin embargo, aunque parece que algo se desplaza, las ondas tienen una naturaleza misteriosa. En realidad, el medio que las transporta se queda en su sitio, y entender cómo se mueve exactamente es algo difícil de captar a simple vista.
Hoy vamos a explorar la historia de cómo hemos intentado visualizar las ondas, desde ingeniosos inventos de la era Meiji hasta las herramientas digitales interactivas de hoy.
Visualizando ondas con la sabiduría de Meiji: El modelo de Goldstein
Aquí pueden ver el modelo de ondas de Goldstein, una pieza que estuvo en exhibición en el Museo Nacional de Naturaleza y Ciencia de Japón. Es un dispositivo mecánico extremadamente preciso diseñado para hacer visible el movimiento de una onda.
Al girar la manivela que está en el lateral, un mecanismo helicoidal de metal en su interior comienza a rotar. Esto hace que una serie de varillas con esferas en sus puntas suban y bajen en momentos ligeramente distintos, creando la ilusión de que una onda se desplaza hacia la derecha.
Este concepto de “desfasar ligeramente el tiempo de movimiento” es la esencia misma de lo que en física llamamos fase. Aunque es una pieza de museo y no se puede manipular, es asombroso pensar que fue fabricada a finales de la era Meiji. Nos demuestra cuánto se esforzaron los maestros de aquella época para que sus alumnos comprendieran este movimiento invisible.
¡Aprender con tecnología! Ondas transversales y longitudinales con abejas
En la actualidad, las computadoras nos dan total libertad para representar las ondas. He creado un material didáctico en Scratch donde utilizo el vuelo de unas simpáticas abejas para explicar la diferencia entre ondas transversales y longitudinales.
Lo que las abejas nos enseñan sobre las ondas transversales
Primero, veamos la onda transversal, que es la forma de onda que todos imaginamos primero.
Observen a las abejas en fila. Si se fijan en una sola, verán que solo se mueve de arriba hacia abajo. Sin embargo, al retrasar apenas un poco el movimiento de la abeja de al lado, se crea ese efecto visual de una onda viajando hacia la derecha.
https://scratch.mit.edu/projects/205914073/
Entendiendo las ondas longitudinales en un “congelado”
Ahora pasemos a las ondas longitudinales (u ondas de compresión), como las del sonido.
Shutterstock
Estas son más difíciles de visualizar porque el medio oscila en la misma dirección en la que viaja la onda. Para solucionarlo, diseñé este modelo de modo que las abejas miren hacia la derecha cuando se desplazan a la derecha, y hacia la izquierda cuando van a la izquierda.
Si pulsas el botón de pausa, el truco queda al descubierto. Verás zonas donde las abejas que miran a la derecha se amontonan con otras, y zonas donde se alejan. Estos son los estados de compresión (máxima densidad) y rarefacción (baja densidad). Además, incluí un botón para convertir esta onda longitudinal en una gráfica transversal, facilitando su análisis matemático mediante un mapeo visual.
¡En video! Las fascinantes propiedades de las ondas
No todo es simulación; observar el mundo real es fundamental. Las ondas tienen propiedades increíbles como la reflexión (cuando rebotan) o la interferencia (cuando se cruzan). ¡Echemos un vistazo a estos experimentos!
Reflexión en extremo libre
Aquí vemos cómo rebota una onda cuando el final de la cuerda puede moverse libremente.
Reflexión en extremo fijo
Cuando el extremo está rígidamente atado, la onda rebota, ¡pero se invierte por completo!
Principio de superposición
Es el fenómeno casi mágico donde dos ondas se encuentran y, según cómo coincidan, pueden hacerse más grandes o desaparecer por un instante.
Ondas longitudinales vs. transversales
Usando un muelle “Slinky” comparamos ambos movimientos en la vida real.
Ondas longitudinales y el osciloscopio
Convertimos las ondas de sonido invisibles en formas gráficas que podemos ver en una pantalla. https://youtu.be/pysBwMsaxXc
Batimiento (Pulsaciones)
Ese sonido de “uau-uau” que escuchamos cuando dos tonos de frecuencias muy similares suenan al mismo tiempo.
Contacto y colaboraciones
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