PROPIEDADES ÓPTICAS DE LAS ONDAS DE RADIO

Las ondas de radio son conocidas generalmente también como radiación electromagnética. Una onda de radio tiene una longitud de onda mayor que la luz visible. Las ondas de radio se usan extensamente en las comunicaciones.

Las ondas de radio tienen longitudes que van de tan sólo unos cuantos milímetros, y pueden llegar a ser tan extensas que alcanzan cientos de kilómetros. En comparación, la luz visible tiene longitudes de onda en el rango de 400 a 700 nanómetros, aproximadamente 5 000 menos que la longitud de onda de las ondas de radio. Las ondas de radio oscilan en frecuencias entre unos cuantos kilohertz (kHz) y unos cuantos terahertz (THz).

Las microondas, que usamos en las comunicaciones, son longitudes de onda de radio cortas, desde unos cuantos milímetros a cientos de milímetros.

Varias frecuencias de ondas de radio se usan para la televisión y emisiones de radio FM y AM, comunicaciones militares, teléfonos celulares, radioaficionados, redes inalámbricas de computadoras, y otras numerosas aplicaciones de comunicaciones.

La mayoría de las ondas de radio pasan libremente a través de la atmósfera de la Tierra. Sin embargo, algunas frecuencias pueden ser reflejadas o absorbidas por las partículas cargadas de la ionosfera. Propiedades de las Onda:

Las ondas electromagnéticas no necesitan un medio material para propagarse. Así, estas ondas pueden atravesar el espacio interplanetario e interestelar y llegar a la Tierra desde el Sol y las estrellas. Independientemente de su frecuencia y longitud de onda, todas las ondas electromagnéticas se desplazan en el vacío a la velocidad de la luz c = 299.792 km/s. Todas las radiaciones del espectro electromagnético presentan las propiedades típicas del movimiento ondulatorio, como la difracción y la interferencia. Las longitudes de onda van desde billonésimas de metro hasta muchos kilómetros. La longitud de onda (λ) y la frecuencia (f) de las ondas electromagnéticas, relacionadas mediante la expresión λ·f = c son importantes para determinar su energía, su visibilidad, su poder de penetración y otras características.

Siendo las siguientes, las propiedades más características de las ondas electromagnética:

Reflexión y Refracción

Si un rayo de luz que se propaga a través de un medio homogéneo incide sobre la superficie de un segundo medio homogéneo, parte de la luz es reflejada y parte entra como rayo refractado en el segundo medio, donde puede o no ser absorbido. La cantidad de luz reflejada depende de la relación entre los índices de refracción de ambos medios. El plano de incidencia se define como el plano formado por el rayo incidente y la normal (es decir, la línea perpendicular a la superficie del medio) en el punto de incidencia. El ángulo de incidencia es el ángulo entre el rayo incidente y la normal. Los ángulos de reflexión y refracción se definen de modo análogo.

Las leyes de la reflexión afirman que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión, y que el rayo incidente, el rayo reflejado y la normal en el punto de incidencia se encuentran en un mismo plano. Si la superficie del segundo medio es lisa, puede actuar como un espejo y producir una imagen reflejada.(2)

Difracción:

Es el fenómeno del movimiento ondulatorio en el que una onda de cualquier tipo se extiende después de pasar junto al borde de un objeto sólido o atravesar una rendija estrecha, en lugar de seguir avanzando en línea recta. La expansión de la luz por la difracción produce una borrosidad que limita la capacidad de aumento útil de un microscopio o telescopio; por ejemplo, los detalles menores de media milésima de milímetro no pueden verse en la mayoría de los microscopios ópticos. Sólo un microscopio óptico de barrido de campo cercano puede superar el límite de la difracción y visualizar detalles ligeramente menores que la longitud de onda de la luz.

Superposición e Interferencia:

Es el efecto que se produce cuando dos o más ondas se solapan o entrecruzan. Cuando las ondas interfieren entre sí, la amplitud (intensidad o tamaño) de la onda resultante depende de las frecuencias, fases relativas (posiciones relativas de crestas y valles) y amplitudes de las ondas iniciales.

Por ejemplo, la interferencia constructiva se produce en los puntos en que dos ondas de la misma frecuencia que se solapan o entrecruzan están en fase; es decir, cuando las crestas y los valles de ambas ondas coinciden. En ese caso, las dos ondas se refuerzan mutuamente y forman una onda cuya amplitud es igual a la suma de las amplitudes individuales de las ondas originales. La interferencia destructiva se produce cuando dos ondas de la misma frecuencia están completamente desfasadas una respecto a la otra; es decir, cuando la cresta de una onda coincide con el valle de otra. (3)

Fig. 1. Ilustración de la interferencia constructiva e interferencia destructiva.

REFRACCIÓN

La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Solo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si estos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda.

Un ejemplo de este fenómeno se ve cuando se sumerge un lápiz en un vaso con agua: el lápiz parece quebrado. También se produce refracción cuando la luz atraviesa capas de aire a distinta temperatura, de la que depende el índice de refracción. Los espejismos son producidos por un caso extremo de refracción, denominado reflexión total. Aunque el fenómeno de la refracción se observa frecuentemente en ondas electromagnéticas como la luz, el concepto es aplicable a cualquier tipo de onda.

PROPIEDADES OPTICAS DE LAS ONDAS ELECTROMAGNETICAS

DIFRACCION

Al interponer en el camino de una onda plana una barrera con una abertura, las vibraciones procedentes de los puntos que están a ambos lados de la abertura no pueden avanzar y detrás de la barrera sólo se observa el envolvente de las ondas que proceden de los focos secundarios que caben por la abertura. En consecuencia, los frentes de onda dejan de ser planos y adquieren una forma curvada o semicircular. Este fenómeno se llama difracción.

Cuando la onda sonora tropieza con una pared, dicha onda es desviada hacia la parte posterior del obstáculo.

REFRACCION

La refracción de una onda consiste en el cambio de dirección que experimenta cuando pasa de un medio a otro distinto. Este cambio de dirección se produce como consecuencia de la diferente velocidad de propagación que tiene la onda en ambos medios.La velocidad a la cual una onda electromágnetica se propaga es inversamente proporcional a la densidad del medio en el cual se está propagando. por lo tanto, la refracción ocurre siempre que una onda de radio pasa de un medio a otro medio de diferente densidad.la refracción de una onda plana desde un medio 1 a otro medio 2, suponiendo que la velocidad de propagación es menor en el segundo medio que en el primero. A medida que el frente de ondas AB va incidiendo en la superficie de separación, los puntos AC de esa superficie se convierten en focos secundarios y transmiten la vibración hacia el segundo medio. Debido a que la velocidad en el segundo medio es menor, la envolvente de las ondas secundarias transmitidas conforma

un frente de ondas EC, en el que el punto E está más próximo a la superficie de separación que el B. En consecuencia, al pasar al segundo medio los rayos se desvían acercándose a la dirección normal N. OTRO CONCEPTO:

La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Solo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si estos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda.

Un ejemplo de este fenómeno se ve cuando se sumerge un lápiz en un vaso con agua: el lápiz parece quebrado. También se produce refracción cuando la luz atraviesa capas de aire a distinta temperatura, de la que depende el índice de refracción. Los espejismos son producidos por un caso extremo de refracción, denominado reflexión total. Aunque el fenómeno de la refracción se observa frecuentemente en ondas electromagnéticas como la luz, el concepto es aplicable a cualquier tipo de onda.

REFRACCIÓN EJEMPLOS

Cuando un rayo de luz que viaja a través de un medio transparente encuentra una frontera que lleva a otro medio transparente, parte del rayo se refleja y parte entra al segundo medio. El rayo que entra al segundo medio se dobla en la frontera y se dice que se REFRACTA.

Ejemplo: Cuando metes un varilla dentro de un estanque, da la impresión que la varilla esta doblada en el punto que entra al agua.

En un río la posición del pez no es la que vemos, puesto que la luz al entrar al agua se refracta en el punto de frontera del agua con el aire.

La posición de una estrella no es la que vemos, puesto que la luz de la estrella al pasar de vacío a la atmósfera de la tierra que es otro medio, se refracta.

REFLEXION

La reflexión de una onda es el rebote que experimenta cuando llega a un obstáculo grande, como una pared. Aunque el obstáculo absorba parte de la energía recibida (incluso vibrando si entra en resonancia) se produce también reflexión en la que se transmite de vuelta parte de la energía a las partículas del medio incidente. EJEMPLO :La reflexión es el rebote de la onda sobre un medio no transparente al sonido, una pared de hormigón por ejemplo, este es el fenómeno más importante a tener en cuenta al diseñar una sala donde la calidad del sonido sea importante.

INTERFERENCIA

La interferencia de ondas de radio ocurre, cuando dos o mas ondas electromagneticas se combinan de tal forma que el funcionamiento del sistema se degrada, la refracción, la reflexión y la difracción se catalogan como óptica geometrica, lo cual significa que su comportamiento se analiza, principalmente, en terminos de rayos y frentes de ondas.Por otro lado la interferencia se sujeta al principio de superposición lineal de ondas electromagneticas y ocurre cada vez que dos o mas ondas ocupan, simultaneamente, el mismo.EJEMPLO DE INFERENCIA:

Las ondas de todo tipo : sonido, radio, luz, movimiento etc. siempre pueden interferirse.Los fenómenos asociado a la interferencia de ondas pueden ser:

- Suma o resta de sus intensidades-Modulación : UNA onda varía según la frecuencia de OTRA-Mezcla : una onda es generada a partir de la suma/resta de la frecuencia de otras dos

Un ejempo muy interesante de interferencia de ondas, se da en las cuerdas de un PIANO. Cada tecla del piano es formada por 2 ó 3 cuerdas. Cuando dos de ellas están afinadas A LA MISMA FRECUENCIA(nota), la intensidad del sonido BAJA, debido a que el sonido de una anula casi exactamente a la otra.