Onda longitudinal

Ola de pulso de presión

Ondas longitudinales son ondas en las que la vibración del medio es paralela ('a lo largo') a la dirección en que viaja la onda y el desplazamiento del medio es en la misma (o opuesta) dirección de propagación de la onda. Las ondas mecánicas longitudinales también se denominan compresivas u ondas de compresión, porque producen compresión y rarefacción al atravesar un medio, y ondas de presión, porque producen aumentos y disminuciones de presión. Una onda a lo largo de un juguete Slinky estirado, donde la distancia entre las bobinas aumenta y disminuye, es una buena visualización. Los ejemplos del mundo real incluyen ondas de sonido (vibraciones en presión, una partícula de desplazamiento y velocidad de partícula propagada en un medio elástico) y ondas P sísmicas (creadas por terremotos y explosiones).

El otro tipo principal de onda es la onda transversal, en la que los desplazamientos del medio son perpendiculares a la dirección de propagación. Las ondas transversales, por ejemplo, describen algunas ondas de sonido a granel en materiales sólidos (pero no en fluidos); estas también se denominan "ondas de corte" para diferenciarlas de las ondas de presión (longitudinales) que también soportan estos materiales.

Nomenclatura

"Ondas longitudinales" y "ondas transversales" algunos autores las han abreviado como "L-waves" y "ondas T", respectivamente, para su propia conveniencia. Si bien estas dos abreviaturas tienen significados específicos en sismología (onda L para onda de amor u onda larga) y electrocardiografía (ver onda T), algunos autores optaron por usar "l-waves" ('L' minúscula) y 'ondas t' en cambio, aunque no se encuentran comúnmente en los escritos de física, excepto en algunos libros de divulgación científica.

Ondas de sonido

En el caso de las ondas sonoras armónicas longitudinales, la frecuencia y la longitud de onda se pueden describir mediante la fórmula

Sí.()x,t)=Sí.0#()⋅ ⋅ ()t− − xc)){displaystyle y(x,t)=y_{0}cos !{bigg (}omega !left(t-{frac {x}{c}}right)}}}} {bigg)}}}} {fnMientras, no lo sé.

donde:

• Sí. es el desplazamiento del punto en la onda de sonido itinerante;
  

  Representación de la propagación de una onda de pulso omnidireccional en una red 2d (forma empírica)
• x es la distancia desde el punto a la fuente de la ola;
• t es el tiempo transcurrido;
• Sí.₀ es la amplitud de las oscilaciones,
• c es la velocidad de la ola; y
• ⋅ es la frecuencia angular de la onda.

La cantidad x/c es el tiempo que tarda la onda en recorrer la distancia x.

La frecuencia ordinaria (f) de la onda viene dada por

f=⋅ ⋅ 2π π .{displaystyle f={frac {omega }{2pi }}

La longitud de onda se puede calcular como la relación entre la velocidad de una onda y la frecuencia ordinaria.

λ λ =cf.{displaystyle lambda ={frac {c}{f}.}

Para las ondas de sonido, la amplitud de la onda es la diferencia entre la presión del aire no perturbado y la presión máxima causada por la onda.

La velocidad de propagación del sonido depende del tipo, la temperatura y la composición del medio a través del cual se propaga.

Ondas de presión

Las ecuaciones para el sonido en un fluido dadas anteriormente también se aplican a las ondas acústicas en un sólido elástico. Aunque los sólidos también soportan ondas transversales (conocidas como ondas S en sismología), las ondas de sonido longitudinales en el sólido existen con una velocidad e impedancia de onda que dependen de la densidad del material y su rigidez, la última de las cuales se describe (como con sonido en un gas) por el módulo volumétrico del material.

En mayo de 2022, la NASA informó sobre la sonificación (conversión de datos astronómicos asociados con ondas de presión en sonido) del agujero negro en el centro del cúmulo de galaxias de Perseo.

Electromagnética

Las ecuaciones de Maxwell conducen a la predicción de ondas electromagnéticas en el vacío, que son estrictamente ondas transversales, debido a que necesitarían partículas sobre las que vibrar, los campos eléctricos y magnéticos que componen la onda son perpendicular a la dirección de propagación de la onda. Sin embargo, las ondas de plasma son longitudinales ya que no son ondas electromagnéticas sino ondas de densidad de partículas cargadas, pero que pueden acoplarse al campo electromagnético.

Después de los intentos de Heaviside de generalizar las ecuaciones de Maxwell, Heaviside concluyó que las ondas electromagnéticas no se encontraban como ondas longitudinales en el "espacio libre" o medios homogéneos. Las ecuaciones de Maxwell, tal como las entendemos ahora, retienen esa conclusión: en el espacio libre u otros dieléctricos isotrópicos uniformes, las ondas electromagnéticas son estrictamente transversales. Sin embargo, las ondas electromagnéticas pueden mostrar un componente longitudinal en los campos eléctricos y/o magnéticos cuando atraviesan materiales birrefringentes o materiales no homogéneos, especialmente en las interfaces (ondas superficiales, por ejemplo), como las ondas de Zenneck.

En el desarrollo de la física moderna, Alexandru Proca (1897-1955) fue conocido por desarrollar ecuaciones de campo cuánticas relativistas que llevan su nombre (ecuaciones de Proca) que se aplican a los mesones de espín-1 vectoriales masivos. En las últimas décadas, algunos otros teóricos, como Jean-Pierre Vigier y Bo Lehnert de la Sociedad Real Sueca, han utilizado la ecuación de Proca en un intento de demostrar la masa del fotón como un componente electromagnético longitudinal de las ecuaciones de Maxwell, lo que sugiere que longitudinal las ondas electromagnéticas podrían existir en un vacío polarizado de Dirac. Sin embargo, casi todos los físicos dudan mucho de la masa en reposo de los fotones y es incompatible con el modelo estándar de la física.