Longitud de onda para niños
En física, la longitud de onda es la distancia que recorre una onda completa mientras se mueve a través de un lugar. Imagina una ola en el mar: la longitud de onda sería la distancia entre una cresta (la parte más alta) y la siguiente cresta. Se representa con la letra griega λ (lambda).
Este concepto se usa mucho para las ondas sinusoidales, que son como las olas perfectas, pero también sirve para cualquier onda periódica (que se repite). Por ejemplo, en una onda de luz, la longitud de onda es la distancia entre dos puntos altos del campo eléctrico.
La longitud de onda se mide en metros o en sus múltiplos y submúltiplos, según el Sistema Internacional de Unidades. Por ejemplo:
- La luz que podemos ver tiene longitudes de onda muy pequeñas, del tamaño de nanómetros (milmillonésimas de metro).
- Las ondas de radio son mucho más grandes, pueden medir desde centímetros hasta kilómetros.
- Los sonidos que escuchamos tienen longitudes de onda que van desde unos 17 metros (para sonidos graves) hasta 17 milímetros (para sonidos agudos).
La longitud de onda de una onda puede cambiar dependiendo del material por el que se propaga. Si el material no es igual en todas partes, la longitud de onda puede variar. Algunas ondas complejas son como una mezcla de muchas ondas simples; a ese conjunto de longitudes de onda se le llama espectro.
Contenido
¿Cómo funcionan las ondas sinusoidales?
Gracias a un principio llamado teorema de Fourier, sabemos que cualquier onda que se repite puede formarse sumando muchas ondas sinusoidales de diferentes longitudes de onda. Esto es muy útil porque nos permite estudiar ondas complicadas analizando cada una de sus partes más simples.
Para una onda sinusoidal con una frecuencia f (cuántas veces se repite en un segundo) y un periodo T (el tiempo que tarda en repetirse una vez), la longitud de onda se calcula con esta fórmula:
| Símbolo | Nombre |
|---|---|
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Longitud de onda |
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Frecuencia (cuántas veces se repite la onda por segundo) |
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Período (el tiempo que tarda una onda en completarse) |
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Velocidad a la que se mueve la onda |
Por ejemplo, si hablamos de ondas electromagnéticas (como la luz) que viajan por el vacío, la velocidad u es la velocidad de la luz. Si hablamos de ondas de sonido, u es la velocidad del sonido. En algunos materiales, la velocidad de la onda es la misma sin importar su longitud de onda.
Ondas que no se mueven: Ondas estacionarias
Una onda estacionaria es un tipo de onda que no se mueve de un lugar a otro, sino que se queda fija en un espacio. En estas ondas, hay puntos que no se mueven para nada, se llaman nodos. La distancia entre dos nodos seguidos es exactamente la mitad de una longitud de onda.
Debido a cómo están "encerradas" en un espacio, las ondas estacionarias solo pueden tener ciertas longitudes de onda. Esto significa que no cualquier onda puede ser estacionaria en un lugar determinado. Una onda estacionaria se puede ver como la suma de dos ondas que viajan en direcciones opuestas. Por eso, su longitud de onda, frecuencia y velocidad se relacionan de la misma manera que en una onda normal.
¿Cómo afecta el material a la longitud de onda?
Las ondas viajan en línea recta y a una velocidad constante en materiales que son iguales en todas sus partes. Pero cuando una onda se encuentra con un material diferente, una parte de la onda pasa al nuevo material y otra parte se refleja (rebota). La parte que entra en el nuevo material cambia su velocidad y su dirección; a esto se le llama refracción.
Generalmente, la velocidad de la onda disminuye si el material es más denso. Así, si una onda pasa a un material más denso, su longitud de onda se hace más pequeña. La relación entre las longitudes de onda en dos materiales diferentes se puede expresar con una fórmula que usa los índices de refracción de cada material.
El cambio de dirección de la onda al pasar de un material a otro sigue una regla llamada ley de Snell. Esta ley nos dice que la dirección de la luz refractada depende de su longitud de onda. Por eso, cuando la luz blanca (que es una mezcla de muchos colores, cada uno con una longitud de onda diferente) pasa por un prisma, se separa en todos los colores del arco iris. A este efecto se le llama dispersión.
Ondas en lugares que cambian
Cuando las ondas viajan por un lugar cuyas propiedades cambian (por ejemplo, el agua del mar que se hace menos profunda cerca de la orilla), su velocidad puede variar. Esto hace que la longitud de onda también cambie. Por ejemplo, las olas del mar que se acercan a la playa se hacen más lentas y su longitud de onda disminuye.
Ondas en materiales cristalinos
Las ondas en sólidos cristalinos (materiales con átomos muy ordenados) no son continuas, porque se forman por las vibraciones de los átomos que están en una red regular. Esto puede hacer que una misma onda se pueda describir con diferentes longitudes de onda. Por eso, se elige la longitud de onda más grande que se ajuste a la onda.
Longitud de onda de las partículas
Un científico llamado Louis-Victor de Broglie propuso una idea muy importante: que todas las partículas que se mueven (como los electrónes) tienen una longitud de onda asociada. A esto se le llama la Hipótesis de De Broglie, y es una base fundamental de la Mecánica cuántica.
| Símbolo | Nombre |
|---|---|
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Longitud de onda asociada a la partícula |
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Constante de Planck (un número muy pequeño y fundamental en física) |
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Cantidad de movimiento de la partícula (su masa multiplicada por su velocidad) |
Esta longitud de onda se conoce como longitud de onda de De Broglie. Por ejemplo, un electrón en un tubo catódico (como los de las televisiones antiguas) tiene una longitud de onda de unos 0.0000000000001 metros.
Usos de la longitud de onda: Multiplexación
Las ondas electromagnéticas (como la luz) tienen una longitud de onda específica relacionada con su frecuencia. Por ejemplo, la luz roja tiene una longitud de onda de unos 645 a 700 nanómetros. Las ondas con longitudes de onda más largas que el rojo se llaman infrarrojas y no las podemos ver.
Es posible enviar información usando una longitud de onda específica y mezclarla con otras transmisiones que usan otras longitudes de onda en el mismo medio. Luego, podemos separar cada transmisión por su longitud de onda original. Esto es lo que hacemos cuando sintonizamos una radio: elegimos una de las muchas emisiones que hay en el espectro electromagnético.
Este principio se usa mucho en las fibras ópticas. Se pueden enviar varias informaciones por una misma fibra usando diferentes longitudes de onda. Este proceso se llama multiplexación por longitud de onda. Es muy importante en los cables de fibra óptica submarina que conectan continentes.
Convertidores de longitud de onda
Un conversor de longitud de onda es un aparato que cambia la longitud de onda de una señal que lleva datos a otra longitud de onda diferente. En el mundo de las telecomunicaciones, esto es muy útil porque permite conectar redes ópticas que no están coordinadas y aprovechar al máximo las frecuencias de luz disponibles.
Existen dos tipos principales de conversores de longitud de onda:
- Conversores optoelectrónicos: Primero, convierten la señal de luz en una señal eléctrica. Luego, usan esa señal eléctrica para crear una nueva señal de luz con la longitud de onda deseada. Son más lentos, alcanzando velocidades de hasta 2.5 gigabits por segundo (Gbps).
- Conversores todo-ópticos (all-optical): Estos usan efectos especiales de la luz para transferir la información de una señal de luz a otra señal de luz con una longitud de onda diferente, sin necesidad de convertirla a electricidad. Son mucho más rápidos, llegando hasta 40 Gbps.
Una desventaja de los conversores optoelectrónicos es que no son "transparentes" a la forma en que la señal está modulada (cómo se codifica la información). Esto significa que si la información está en la intensidad, la frecuencia, la fase o la polarización de la luz, podría perderse o necesitar ser reprocesada.
Galería de imágenes
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Longitud de onda en una sinusoide representada por la letra griega λ (lambda).
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Separación de longitudes de onda por un prisma.
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Onda que se propaga en un medio inhomogéneo. A medida que la onda pierde velocidad la longitud de onda disminuye y la amplitud aumenta hasta un máximo para después desvanecerse.
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Una onda causada por las vibraciones de átomos dispuestos a distancias regularles puede describirse mediante diferentes longitudes de onda.
Véase también
En inglés: Wavelength Facts for Kids
