Conceptos Básicos Ondas Guiadas
Onda: Es una perturbación (cualquier tipo
de alteración del medio) que se propaga, estas transportan energía de un punto
a otro. Las ondas son consecuencia natural de muchos procesos físicos: las
oscilaciones en océanos y lagos, ondas sonoras que viajan en el aire, ondas
electromagnéticas que constituyen la luz, sismos y muchos otros.
Las ondas son de dos
tipos:
Ondas
transitorias provocadas por perturbaciones de corta duración.
Ondas armónicas
continuas generadas por una fuente de oscilación.
Ondas transversales
en estas la dirección en que se produce la perturbación y la dirección en que
se propaga son perpendiculares. Algunos ejemplos de ondas transversales son: ondas
electromagnéticas, la onda que se transmite en una cuerda, las ondas en la
superficie de un lago.
Ondas longitudinales
en estas la dirección de perturbación y la de
propagación es la misma. El sonido es una onda longitudinal.
Las ondas electromagnéticas no necesitan ningún medio para
propagarse. Pueden hacerlo en el vacío, mientras que las demás necesitan un
medio para su propagación por los que se les denomina “ondas materiales”.
Longitud de onda (λ)
Se define como la
distancia que recorre el pulso mientras un punto realiza una oscilación
completa. También se define como la distancia entre dos crestas, dos valles o
dos nodos consecutivos. Se mide en
metros [m]
.
Amplitud (A)
Es el valor máximo
que adquiere la perturbación o magnitud del máximo desplazamiento. En el caso de una cuerda, la amplitud seria
la distancia máxima que un punto de la cuerda se separa de su posición de
equilibrio. Se mide en metros [m].
Tiempo (t)
Es una magnitud
física con la que medimos la duración o separación de acontecimientos. Se mide
en segundos [s].
Periodo (T)
Es el tiempo que se
tarda en realizar una onda, ciclo o revolución. Se mide en segundos [s].
Frecuencia (f)
Es el número de
oscilaciones, vibraciones, revoluciones o ciclos que se efectúan en un segundo.
Se mide en Hertz [Hz].
Frecuencia angular (
):
Análogo al movimiento
armónico simple. Se define como el ángulo girado por una unidad de tiempo. Se
mide en [rad/s]
Velocidad de propagación (vp)
Es la velocidad con
la que avanza la onda. Se mide en metros sobre segundo.
Las ondas luminosas viajan a una velocidad de
Las ondas sonoras
viajan
a una velocidad de 330[m/s].
Reflexión de las ondas:
La reflexión se produce cuando una onda encuentra una superficie contra la cual
rebota. En la reflexión el rayo incidente y el reflejado se propagan en el
mismo medio.
Se denomina ángulo de
incidencia el formado por el rayo incidente y la normal a la superficie
y ángulo de
reflexión el formado por el rayo reflejado y la normal.
Leyes de la reflexión
-El rayo incidente,
el reflejado y la normal están en un mismo plano.
-Los ángulos de incidencia y reflexión son
iguales: i = r
Refracción de las ondas: La refracción es
cuando una onda que se propaga en un medio pasa a otro en el cual su velocidad
de propagación es distinta.
Para las ondas luminosas se define el índice de refracción del
medio, n, como el cociente entre la velocidad de la luz en el aire, c, y la
velocidad de la luz en el medio, v: c n = v
Leyes de la refracción
-El rayo incidente, el refractado y la normal
están en un mismo plano.
- La relación entre
el ángulo de incidencia y el de refracción viene dado Ley de Snell:
n1 sen i = n2 sen r
Donde n1 es el índice de
refracción del primer
medio, o medio en el que se propaga el rayo incidente, y n2 es el índice de
refracción del segundo medio o medio
en el que se propaga el rayo refractado.
En la refracción se pueden
distinguir dos casos:
Caso 1:
cuando la onda pasa de un medio con menor índice de refracción a otro con mayor
índice de refracción (como de aire a agua). Si se aplica la Ley de Snell
se puede apreciar que en este caso el ángulo de refracción es inferior al de
incidencia: el rayo refractado se acerca a la normal.
Caso 2:
cuando la onda pasa de un medio con mayor índice de refracción a otro con menor
índice de refracción. Si se aplica la Ley de Snell
se puede apreciar que en este caso el ángulo de refracción es superior al de
incidencia: el rayo refractado se aleja de la normal.
En el segundo
de los casos El ángulo
crítico o ángulo límite también es el ángulo mínimo de
incidencia en el cual se produce la reflexión interna total. El ángulo de
incidencia se mide respecto a la normal de la
separación de los medios. El ángulo crítico viene dado por:
Donde η1 y η2 son los índices de refracción de los
medios con η2<η1 . Esta ecuación es una simple aplicación de la ley de Snell donde
el ángulo de refracción es 90°.
En
el segundo caso si se va aumentando el ángulo de incidencia de forma que su
valor sea superior al ángulo crítico se
produce el fenómeno de la reflexión total. Significa que no existe refracción.
Neper: Es una unidad de medida relativa ocupada en el campo de las telecomunicaciones, con la cual se puede expresar relaciones entre voltajes o intensidades. Su símbolo es Np,
La diferencia con el
decibelio es que el decibelio está basado en el logaritmo decimal y el neper lo está en el logaritmo natural. El neper se utiliza mayormente para
expresar relaciones entre voltajes o intensidades mientras que el decibelio, es más utilizado para
expresar relaciones entre potencias.
Se puede establecer
la relación entre ambas unidades (Np y dB) a partir de una relación de
voltajes:
Entonces:
La correspondencia de
Np a dB de la misma magnitud física, es decir potencia con potencia e
intensidad con intensidad es:
1Np=10log(e)B=4.343db
Transformación de watts a dB y dBm
Resonancia: Es la transmisión de una
vibración de un cuerpo a otro si coinciden sus frecuencias.
Cuando una fuerza se
aplica repetidamente a un sistema con la frecuencia natural de mismo el
resultado es la aparición de oscilaciones de gran amplitud a este fenómeno se
le conoce como resonancia
Modulación: La modulación es la alteración de una onda portadora, modifica el valor de una frecuencia, fase o
amplitud de una onda y es utilizada en telecomunicaciones para
transferir información desde un origen a un destino, también la
modulación contribuye a proteger la señal de interferencias y ruidos.
Potencia: Capacidad para realizar una acción. Es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo.
Atenuación: Es la disminución de la densidad
de potencia de una onda.
Señal analógica: Una señal analógica
es aquella señal que es continua.
Señal digital: Una señal digital
es aquella que es discreta, es decir solo se toman muestras y/o puntos
(muestrear) de una señal.
También les anexo el documento en word en la entrada "Conceptos Básicos de Ondas Guiadas II" para que lo puedan descargar y apreciar mejor (lo tienen que descargar para que no se vea movido como en la vista previa).
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