Para que una onda cambie de dirección y de medio, ¿Qué fenómeno se debe producir?
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Propiedades de las ondas
Si una onda incide sobre un cuerpo que obstaculiza su propagación se refleja, esto significa que vuelve al medio en el cual se propaga.
Cierta cantidad de energía que transporta la onda es absorbida por el cuerpo sobre el cual incide, y otra parte de energía vuelve como una onda de igual frecuencia y velocidad.
Por ejemplo, cuando la luz llega a un espejo, se refleja, cambia su dirección al incidir sobre la superficie del espejo, transfiriendo al mismo medio gran parte de la energía que transporta. De igual forma el sonido puede reflejarse cuando incide sobre un obstáculo que impide su propagación. Un ejemplo característico de esta propiedad del sonido es el eco.
Refracción
La refracción se produce cuando una onda llega a una superficie que separa dos medios de propagación distintos. Una determinada cantidad de energía se transfiere al mismo medio, pero otra parte se propaga en el otro medio, se dice que la onda se refracta.
La onda refractada mantiene su frecuencia porque es una característica de la fuente de emisión de la onda, pero varía su velocidad de propagación ya que los medios son diferentes. Al variar su velocidad de propagación entonces también varía su longitud de onda. El ángulo de desviación o refracción formado por la onda incidente y una recta perpendicular a la superficie de separación en el punto de incidencia, depende de las características de los medios de propagación. Por ejemplo, una onda luminosa que llega desde el aire sufre mayor desviación en el vidrio que en el agua.
El fenómeno de refracción también se produce con las ondas sonoras. Si la temperatura del aire varía también cambia la velocidad de propagación del sonido en este medio.
Como la velocidad del sonido aumenta con la temperatura, por ejemplo en un día caluroso, el aire tiene mayor temperatura en las capas cercanas a la Tierra que en las más alejadas.
Como consecuencia de la refracción de la onda sonora al atravesar las distintas capas de aire, el sonido se desvía hacia arriba, lo cual por ejemplo, dificulta la comunicación entre dos personas lo suficientemente separadas entre sí.
Por el contrario, durante el invierno o noches de bajas temperaturas el sonido se desvía hacia abajo. En este caso el sonido se percibe con mayor nitidez y a menores distancias.
Difracción
La difracción se produce cuando una onda llega a una ranura o un obstáculo de tamaño comparable con su longitud de onda. La onda se desvía como si el obstáculo emitiese una onda esférica.
Si las dimensiones del obstáculo o de la ranura son mucho más grandes que la longitud de onda no se observará la difracción, por lo cual los bordes de un objeto forman sombras bien definidas. En cambio si la longitud de onda es grande comparada con las del obstáculo, el efecto de la difracción es muy notable. En estos casos la sombra del objeto resulta difusa ya que las ondas llegan a todos lados.
Esta es otra forma por la cual las ondas pueden desviar su dirección pero distinta a la reflexión y refracción, porque no necesariamente tienen que incidir sobre una superficie de separación o cambiar de medio de propagación.
Este fenómeno permite explicar que una onda sonora llegue a todos los lugares, aún los más recónditos de una habitación con muchos objetos.
En el campo de las comunicaciones las señales de radio de grandes longitudes de onda se utilizan para mejorar el alcance de una señal que transporta información, ya que estas ondas pueden difractarse al pasar por edificios cuyas dimensiones son pequeñas (funcionan como una pequeña ranura) comparadas con las longitudes de estas ondas.