Reflexión, Refracción y Difracción de las Ondas

Cuando una onda se propaga en un medio y choca contra otro medio, se pueden producir tres fenómenos interesantes: la onda se devuelve, se transmite al segundo medio o parte se devuelve y parte se transmite. Cuando la onda se devuelve, hablamos de reflexión. Algunos ejemplos sobre la reflexión son las ondas luminosas, al chocar con un espejo, y el eco producido por las ondas de sonido, al chocar con un obstáculo.

Consideremos nuevamente un pulso generado en el extremo de una cuerda, que está fija en su otro extremo tal como se muestra en la imagen a continuación. Al pulso que se desplaza de izquierda a derecha, se le conoce como pulso incidente y el que se devuelve al chocar contra la pared es el pulso reflejado.

Cuando se alcanza el límite de la pared, parte de la energía que lleva el pulso se refleja y otra se transmite hacia la pared. Supongamos que esta última energía es muy pequeña. Entonces, la mayor parte de la energía se devuelve con el pulso reflejado, con la particularidad de que el mismo se invierte en relación con el pulso incidente.

Ahora bien, sería muy oportuno preguntarnos lo siguiente, ¿Por qué se invierte el pulso incidente? La onda interacciona con dos medios distintos: el de la cuerda y el de la pared. Cuando el pulso incidente choca con la pared, ejerce una fuerza hacia arriba sobre ella. De acuerdo a la tercera ley de Newton, de acción y reacción, la pared ejerce una fuerza, igual y opuesta, sobre la cuerda que da origen al pulso invertido. Es necesario acotar, que el pulso se invierte por estar el otro extremo fijo a una pared rígida. Si esta condición no se cumple, el pulso reflejado no se invierte con respecto al pulso incidente. En este caso, el extremo derecho de la cuerda puede moverse libremente alrededor del poste. (Visualizar la imagen a continuación).

Cuando una onda se transmite en un medio y se refleja, podemos acotar lo siguiente:

Consideremos ahora un frente de onda, constituido por ondas que inciden sucesivamente sobre una superficie, con la cual forman un ángulo de incidencia, θ, se refleja en la misma superficie con un ángulo de reflexión θ. Ambos ángulos se miden con respecto a la recta normal N. El rayo incidente representa a las ondas que chocan y el rayo reflejado representa a las ondas que rebotan de la superficie. Es un hecho experimental que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión, es decir.

Cuando una onda, que se desplaza en un medio A, choca contra un obstáculo, parte de la energía se refleja, parte es absorbida por el obstáculo y el resto se transmite. Si esta transmisión tiene lugar en un medio B, distinto al primero, se habla de refracción de la onda. Cuando una onda pasa de un medio a otro, sufre un cambio de dirección, acompañado de un cambio en la rapidez y en la longitud de onda. El cambio de dirección de la onda incidente se puede observar en la imagen. El ángulo de incidencia θi, no es igual al ángulo de refracción θr.

También es importante acotar que:

Si volvemos al caso de la propagación de un pulso de onda sobre una cuerda, podemos distinguir dos situaciones en los cuales se produce reflexión y refracción: si una cuerda liviana (medio A) se une en uno de sus extremos a una más pesada (medio B), la onda refractada no se invierte, mientras que la onda reflejada sufre una inversión, esto lo podemos visualizar en las imágenes que se presentan seguidamente. El medio A es más denso (una cuerda más pesada) que el medio B, como consecuencia, las ondas reflejadas y refractadas no se invierten.

La capacidad de una onda para dejar sentir sus efectos detrás de un obstáculo, se conoce como difracción. Una onda de sonido, por ejemplo, puede “doblar una esquina” y ser captada por una persona colocada detrás de la esquina.

En términos generales, la difracción de una onda tiene que ver con la curvatura que sufre la misma alrededor del borde de un objeto. Este efecto, es mayor cuando el tamaño del objeto o la abertura que produce la difracción es de igual tamaño o menor que la longitud de onda de las ondas envueltas en el fenómeno. La difracción permite que una onda de sonido pueda “cruzar la esquina”.

Figuera, J. (2009). Física, Texto y problemario. Caracas: Ediciones CO-BO.

Zemansky, S. (2009). Física Universitaria Volumen I. México: Pearson Educación.