Una ona és una pertorbació que es mou a través de l'espai sense que l'efecte de la pertorbació comporti que la matèria es desplaci des dels lloc on s'ha iniciat fins allà on arriba. Mentre la pertorbació es va propagant es produeix un moviment ondulatori.
Per tant, un moviment ondulatori és una forma de transmissió d'energia , sense transport net de matèria, mitjançant la propagació d'alguna mena de pertorbació. Aquesta pertorbació s'anomena ona.
Un primer exemple molt enetenedor és el cas de tenir fitxes de dòmino posades l'una al davant de l'altre de forma que van caient progressivament quan es dóna un petit impuls a la primera peça, que en caure topa amb la segona, i així successivament.
|
Imatge extreta de Física 1. Batxillerat. Editorial Castellnou |
no es transporta matèria perquè les fitxes no es mouen d'una posició a una altre, però si que es transporta energia, concretament potencial, que es transforma en cinètica.Fixem-nos que la primera pertorbació(cau la primera fitxa), és molt semblant a l'ultima pertorbació (cau la última fitxa), però entre l'una i l'altre ha passat un cert interval de temps |
| Un altre exemple seria la pertorbació que podem originar en moure una corda llarga fixada per un extrem, en fer oscil·lar l'extrem lliure de forma brusca. La pertorbació consisteix en el moviment de les partícules que formen la corda amunt i avall , i la propagació consisteix en el desplaçament d'aquesta pertorbació de forma que al final totes les partícules queden afectades. |
Imatge realitzada pel Dr. Daniel A. Russell |
| Segons el medi pel que es propaguen |
|
Ones mecàniques necessiten un medi material (aigua, aire, corda,molla...) per tal de poder-se propagar.Les partícules que constitueixen el medi són les que experimenten la pertorbació. |
|
Ones electromagnètiques Es poden propagar a través del buit. Són conseqüència de dos camps oscil·latoris sobreposats, l'elèctric i el magnètic. En són exemples la llum visible, raig x, raig ultravioleta,... |
| Segons la direcció de propagació de l'ona en relació amb el moviment de les partícules del medi | |||
|
Ones transversals La direcció de propagació de l'ona és perpendicular a la direcció d'oscil·lació de les partícules del medi. En són un exemple les ones que obtindríem amb una corda fixa per un extrem, en fer oscil·lar l'altre extrem brusca i contínuament. Les partícules de la corda es mouran verticalment, mentre que l'ona es propaga horitzontalment.
|
|||
|
Ones longitudinals La direcció de propagació de l'ona és paral·lela a la direcció de propagacióde l'ona.
|
|||
|
Ones superficials Es caracteritzen per què les partícules oscil·len tan paral·lelament com perpendicularment a la direcció de propagacióde l'ona. L'exemple és la propagació d'ones damunt la superfície de l'aigua degut a una pertorbació inicial.
Imatge realitzada pel Dr. Daniel A. Russell
|
.gif)
| Segons les dimensions de propagació de les ones |
|
Ones unidimensionals Les ones es propaguen en una sola dimensió. Exemple: Ones que es produeixen en una corda tibant |
|
Les ones es propaguen en dues dimensions. També s'anomenen ones circulars.Exemple: les ones superficials de l'aigua. |
|
Les ones es propaguen en tres dimensions.També s'anomenen ones esfèriques. Exemple: les ones sonores. |
| Segons les característiques de la pertorbació que es transmet. | ||
|
Polsos o trens d'ones localitzats.
|
||
|
Ones periòdiques Quan la pertorbació inicial es va repetint cíclicament, de forma que tots els punts del medi material per on es propaga repeteixen indefinidament el moviment associat a la pertorbació l'ona s'anomena periòdica.
|
||
|
Ones harmòniques Tipus d'ones periòdiques que tenen per origen una pertorbació produïda per una moviment harmònic simple.
|
Per qualsevol ona harmònica, pel fet de ser periòdica, podem definir les següents característiques:
Figura 1
* Amplitud de l'ona, A: és el valor màxim de l'elongació, és a dir , és el màxim que es separen les partícules per on es transmet l'ona de la seva posició d'equilibri. Es mesura en m.
* Longitud d´ona,
: és la distància mínima entre dos punts consecutius
que es troben en el mateix estat de vibració,o el que és
el mateix , la distància que avança la pertorbació
en el temps necessari per tal de que una partícula del medi material
completi tot el moviment que fa (cicle).
Les unitats són els metres.
* Període,T: temps que empra un punt qualsevol a completar una oscil·lació complerta (cicle). També el podem definir com el temps necessari per tal de que una ona ona avanci una distància igual a la seva longitud d'ona.. Es mesura en segons.
* Freqüència, f. nombre de vegades que un punt del medi material efectua un cicle complert de moviment en cada segon. Es mesura en 1/s, també anomenat hertz (Hz).
* Velocitat de propagació: distància que recorre l'ona per un temps determinat.
A partir de les definicions fetes anteriorment podem deduir
que: 
* Punts que estan en fase: diem que dos punts estan en fase, que oscil·len en fase, o que vibren en fase, quan estan en el mateix estat de vibració.
|
Així , per exemples els punts A i C estan en fase donat que estan en les mateixes condicions de vibració. També està en fase amb A i amb C el punt E. Podem deduir que per tall que dos punts estiguin en fase la distància
que els separa ha de ser un múltiples de la longitud d'ona.
d= k |
Figura 2 |
* Punts que estan en oposició de fase: diem que dos punts estan en oposició de fase quan el moviment d'un dels punts està endarrerit o avançat respecte de l'altre en mig període , o el que és el mateix , els seus estats de vibració són contraris.
Així, en la figura 2, A i B estan en oposició de fase, doncs tot i està tots dos en equilibri A tendirà a pujar i B tendirà a baixar. A també està en oposició de fase amb D.
Deduïm que per tal de que dos punts estiguin en oposició
de fase , la distància entre aquests dos punts ha de ser un múltiple
senar de la meitat de la longitud d'ona: d= (2k -1)
/2
En la figura 1 podíem observar el comportament periòdic d'una ona harmònica en representar l'elongació de cada punt x per un temps t determinat. Es tractava de fer una foto a l'ona per un instant concret.
Si ara representem l'elongació d'una determinada partícula, que es troba en el punt x, en funció del temps obtindrem un gràfic com el següent:
Figura 3
És a dir, si fixem un punt concret de la corda i ens dediquem a filmar el seu moviment al llarg del temps podem observar que també és una relació periòdica.
Per tant. l'elongació que experimenta cada una de les partícules del medi material pel qual es propaga una ona és doblement periòdica, respecte del temps i respecte de la coordenada x. Per tant també haurem de buscar una funció sinusoïdal per tal de definir el moviment, com vam fer en el m.h.s.
Per començar a buscar una funció hem de tenir clar que en una ona que es desplaça a una velocitat v, l'elongació del punt d'abscissa x en l'instant t és la mateixa elongació que tenia el punt de la corda situat a l'origen de coordenades en l'instant t- x/v
Figura 4
Si suposem que per t=0 l'elongació del punt de l'origen
de coordenades és 0 ( és a dir 
=0
) podem escriure la funció que descriu el seu moviment (recordem
que és un m.h.s.) com:
Per qualsevol altre punt de l'ona de l'abscissa x en qualsevol instant t l'elongació la podrem escriure de de la següent forma:
que també es pot escriure com:
on considerem que:
L'expressió anterior també es pot escriure d'una altre forma si considerem:
i per tant:
