Divulgación Visualización de las ondas electromagnéticas

[ignorante]

Hola contertulios. En otro hilo surgió la cuestión de la propagación de las ondas electromagnéticas OM y tengo una duda al respecto. No sé cómo debo visualizar las OM. Comúnmente se representan así: http://forum.lawebdefisica.com/attac...8&d=1474077200

Pero un grupo de OM se propagan esféricamente: http://forum.lawebdefisica.com/attac...9&d=1474078172

No sé cómo interpretar estas imágenes. ¿Cada OM asemeja una cuerda individual?



En este caso, habría espacio vacío entre las “ondas-cuerdas” (habría huecos sin OM)? O, por el contrario, las OM se extienden por todo el espacio sin dejar huecos (como creo que ocurre realmente); pero en este caso, no puedo visualizarlo. Solicito ayuda. Gracias.

[shankara]

Re: Visualización de las ondas electromagnéticas

Me sumo como "espectador expectante".

[Richard R Richard]

Re: Visualización de las ondas electromagnéticas

Seguramente no soy el más didáctico para explicarlo, pero haré el intento.

Comúnmente se representan así: http://forum.lawebdefisica.com/attac...8&d=1474077200

Esa es una representación de como varían en posición y tiempo los campos magnético y eléctrico asociados a la radiación electromagnética en cualquiera de sus frecuencias, ondas de radio, infrarrojas, luz visible, ultravioleta, rayos x, rayos gamma etc.

Pero un grupo de OM se propagan esféricamente: http://forum.lawebdefisica.com/attac...9&d=1474078172

dado un foco emisor de ondas electromagnéticas estas se dispersan en todas la direcciones espaciales, en cada punto del espacio los campos magnéticos o eléctricos varian periódicamente, respondiendo a una función matemática sinusoidal con respecto a la posición y el tiempo.

No sé cómo interpretar estas imágenes. ¿Cada OM asemeja una cuerda individual?

la onda avanza a velocidad constante y lo que se representa subiendo o bajando es alguna de las componentes o bien el campo electrico o el magnetico. Es decir periódicamente tiene una el campo tiene la medida máxima y alternando con amplitudes mínimas pasando momentáneamente por nula , repitiendo indefinidamente el ciclo.

En este caso, habría espacio vacío entre las “ondas-cuerdas” (habría huecos sin OM)? O,por el contrario, las OM se extienden por todo el espacio sin dejar huecos (como creo que ocurre realmente); pero en este caso, no puedo visualizarlo. Solicito ayuda. Gracias.

No hay huecos, lo que representan las esferas de distinto diámetro son los lugares geométricos donde la amplitud es máxima. Como dije anteriormente solo cada cierta cantidad de posición y tiempo , ocurren estos máximos, por ello se representan por medio de esferas concéntricas que se alejan del origen, cada esfera marca la posición donde se hallan los máximos, pero pasado el máximo sigue habiendo intensidad aunque no sea máxima(y no se represente graficamente), incluso hay un determinado momento donde la intensidad de campo es nula para que mas tarde vuelva a crecer, y asi ciclicamente.


Ten en cuenta que hemos hablado de ondas electromagnéticas y que cuando dices "cuerdas", también se pueden dar ondas sobre una cuerda o soga , pero estas no son electromagnéticas como las que hablaban en el hilo que mencionas.Hay distintos tipos de ondas, las elásticas como que se dan sobre las cuerdas, las de presión como el sonido, las olas, etc

Para que asocies ambas imagenes toma solo una de las dos curvas la roja o la azul de la primer figura , el punto mas alejado del eje central es el máximo, todos los lugares donde esa curva tiene un maximo se corresponden con una de las esferas que se representan en la segunda imagen.

[Julián]

Re: Visualización de las ondas electromagnéticas

Por alguna razón estás relacionando a que toda onda electromagnética tiene una forma senoidal, creo que es un error común relacionar una onda con una onda armónica pura y solamente las fuentes artificiales generan radiación "casi" armónica.

A su vez, consideras una fuente isotrópica y las fuentes isotrópicas, como son una estrella generan una forma de onda aleatoria. También toda fuente de luz visible generan radiación con una forma de onda aleatoria y nada pero para nada armónica. Es decir, no tienen un frente de onda localizable ya que en cada punto de una superficie gausiana, los valores de los campos eléctricos y mangéticos no son iguales en magnitud, fase, polarización.

Pero si quieres tener una idea de los campos en una fuente que genera radiación armónica, puedes ver el siguiente giff. Esa representación es la del campo eléctrico tomando un plano del espacio. Pero la del campo magnético es igual pero perpendicular a esta
https://upload.wikimedia.org/wikiped...x318x150ms.gif

La imagen anterior es cortando el espectro en un plano. El diagrama de radiación es en todo el espacio como lo muestra el diagrama de radiación del dipolo.


Si quieres ver una visualización un poco burda de la radiación en el espacio, puedes ver este video https://youtu.be/jL_ANrxVvk8

Pero lo considero muy básico por el solo hecho que sería una onda plana (que no existe tampoco en la naturaleza). Ahora bien el siguiente video si muestra de forma correcta los campos eléctricos de un dipolo pero debes considerar que solo muestran algunos, estos estarían en todo el espacio salvo en la dirección paralela a la antena, como lo muestra la imagen anterior que adjunté
https://www.youtube.com/watch?v=U_yyLn4mdPI

dado un foco emisor de ondas electromagnéticas estas se dispersan en todas la direcciones espaciales, en cada punto del espacio los campos magnéticos o eléctricos varian periódicamente, respondiendo a una función matemática sinusoidal con respecto a la posición y el tiempo.

Es decir periódicamente tiene una el campo tiene la medida máxima y alternando con amplitudes mínimas pasando momentáneamente por nula , repitiendo indefinidamente el ciclo.

Vuelvo a repetir, una onda no siempre es una onda armónica. Es más, no hay ninguna fuente de radiación natural que genere tal cosa (creo que hay algunos fenómenos láser que se dan en la naturaleza, ese caso si es armónico pero no me acuerdo cual, sé que el laser tubo una guerra de patentamiento del descubrimiento pero al final, como era un fenómeno que se da en un fenómeno natural, no se pudo patentar).
A lo que me refiero es que la forma de onda de los campos eléctrico o magnéticos, ya sea de una estrella, la radiación de fondo cósmico, un foco, una lámpara, un led, etc. Es como lo muestra la siguiente imagen.



Si visualizaramos la forma de onda del campo eléctrico de una fuente natural como la radiación del sol en diferentes puntos alejados en el mismo radio y tomados en el mismo tiempo, la forma de onda sería diferente. Lo que sí es igual en esos puntos alejados de la fuente en igual radio es la intensidad media (densidad de potencia).

En este caso, habría espacio vacío entre las “ondas-cuerdas” (habría huecos sin OM)? O, por el contrario, las OM se extienden por todo el espacio sin dejar huecos (como creo que ocurre realmente); pero en este caso, no puedo visualizarlo. Solicito ayuda. Gracias.

Como puedes ver en los videos, hay regiones del patrón de radiación de la antena dipolo donde no hay radiación. Más que esto no puedo explicar porque ya hay que meterse con electromagnetismo, las ecuaciones de maxwell y mucho cálculo diferencial.

[Richard R Richard]

Re: Visualización de las ondas electromagnéticas

Claro, julian , he supuesto muchas simplificaciones en nombre de la didáctica, y de seguro llevas toda la razón, pero como quieren saber el porque de esas representaciones gráficas sinusoidales, debo asumir esas simplificaciones, cuando lo hayan comprendido seguro a avanzaran hacia algo mucho mas complejo como el espectro de frecuencias, de la luz emitida de las estrellas.

[shankara]

Re: Visualización de las ondas electromagnéticas

Esa es una representación de como varían en posición y tiempo los campos magnético y eléctrico asociados a la radiación electromagnética en cualquiera de sus frecuencias, ondas de radio, infrarrojas, luz visible, ultravioleta, rayos x, rayos gamma etc.

Ok, por lo tanto el gráfico representa solo un aspecto (una reducción por así decir) del fenómeno real, digamos pedagógicamente, y no grafica el hecho completo. ¿no es así?

dado un foco emisor de ondas electromagnéticas estas se dispersan en todas la direcciones espaciales, en cada punto del espacio los campos magnéticos o eléctricos varian periódicamente, respondiendo a una función matemática sinusoidal con respecto a la posición y el tiempo.

Ok. Entiendo el concepto. Quizás cueste "visualizar geométricamente" esta dinámica de los campos magnéticos y eléctricos expandiéndose de manera esférica, pero se entiende la idea.

Pregunto ahora respecto del laser. En este caso sí hay una unidireccionalidad. ¿Cuál es la diferencia fundamental en el fenómeno de propagación de las radiaciones lumínicas de una estrella y las de un laser (dado que en la primera se da de manera esférica y en la segunda unidireccionalmente)? ¿Y por qué (cual es la causa de ello)?

[Richard R Richard]

Re: Visualización de las ondas electromagnéticas

Ok, por lo tanto el gráfico representa solo un aspecto (una reducción por así decir) del fenómeno real, digamos pedagógicamente, y no grafica el hecho completo. ¿no es así?

Claro, es lo que señala julian en su post, si hacemos una idealización de una fuente puntual pura de una única frecuencia de emisión, se podría representar sinusoidalmente,
Pero para una estrella u otra fuente real que no consideres puntual, entra en juego la fase, que es un retraso en llegar la onda debido a que tiene que recorrer mayor o menor distancia hasta tus ojos, porque ha partido de diferentes posiciones y a distintos tiempos. Y ademas de ello, el espectro de la radiación electromagnética que emite una estrella es variado en frecuencias (o que sus fotones son de distinta energía que es proporcional a esa frecuencia.)

Pregunto ahora respecto del laser. En este caso sí hay una unidireccionalidad. ¿Cuál es la diferencia fundamental en el fenómeno de propagación de las radiaciones lumínicas de una estrella y las de un laser (dado que en la primera se da de manera esférica y en la segunda unidireccionalmente)? ¿Y por qué (cual es la causa de ello)?

Hasta ahí llego pues mas ayuda el que no estorba, seguro alguien te orientara mejor en ese tema.

para ir calentado motores, o de aperitivo

https://es.wikipedia.org/wiki/Luz_monocrom%C3%A1tica
https://es.wikipedia.org/wiki/Luz_coherente
https://es.wikipedia.org/wiki/Luz_colimada
https://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%A1ser


Saludos

[shankara]

Re: Visualización de las ondas electromagnéticas

Claro, es lo que señala julian en su post, si hacemos una idealización de una fuente puntual pura de una única frecuencia de emisión, se podría representar sinusoidalmente,
Pero para una estrella u otra fuente real que no consideres puntual, entra en juego la fase, que es un retraso en llegar la onda debido a que tiene que recorrer mayor o menor distancia hasta tus ojos, porque ha partido de diferentes posiciones y a distintos tiempos. Y ademas de ello, el espectro de la radiación electromagnética que emite una estrella es variado en frecuencias (o que sus fotones son de distinta energía que es proporcional a esa frecuencia.)

Ok.

Hasta ahí llego pues mas ayuda el que no estorba, seguro alguien te orientara mejor en ese tema.

para ir calentado motores, o de aperitivo

https://es.wikipedia.org/wiki/Luz_monocrom%C3%A1tica
https://es.wikipedia.org/wiki/Luz_coherente
https://es.wikipedia.org/wiki/Luz_colimada
https://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%A1ser


Saludos

Gracias Richard.

[ignorante]

Re: Visualización de las ondas electromagnéticas

Gracias a todos por sus respuestas y disculpen por no haber respondido antes. Ahora entiendo que yo visualizaba erróneamente las ondas electromagnéticas OM. Interpretaba la imagen: http://forum.lawebdefisica.com/attac...8&d=1474077200 como cuerdas individuales; pero, si he entendido bien, esta imagen representa una “rebanada” de ondas continuas, que se extienden llenando todo el espacio por donde viajan; aunque admito que todavía me resulta muy difícil visualizarlas.

También resulta muy interesante y pertinente la aclaración de Julián de que las OM no toman la forma tan bonita (regular) como las pintan usualmente en los libros, sino que en la realidad presentan diversas deformaciones en diferentes casos. Además, la visualización también se complica, dado que las OM comúnmente viajan en mezclas con diferentes longitudes de onda, polarizaciones, etc.

Bueno, gracias otra vez. Me han dado una gran ayuda en este tema (aunque creo que todavía quedó tela para cortar en la cuestión de la forma de las OM en el caso del láser).

[Cipriano]

Re: Visualización de las ondas electromagnéticas

Las soluciones mas generales de la ecuación de ondas vienen dadas por una expresión de la forma:

$\displaystyle\sum_{i = 1}^n f_i(x-v_i_xt,\ y-v_i_yt,\ z-v_i_zt)$

siendo constantes las:

$v_i_x^2+v_i_y^2+v_i_z^2=v^2$ la velocidad de propagación de la onda

y siendo cada una de las $f_i$ la expresión de una variedad dos veces diferenciable que se desplaza con velocidad constante $v$ en cualquier dirección.

La imagen más gráfica que conozco semejante a dicha función es la del famoso juego de los meteoritos aunque jugando con sumas infinitas y variedades no acotadas se pueden obtener muchas soluciones de muy diverso aspecto que van desde las sencillas ondas armónicas, planas o esfericas, hasta los solitones, pasando por ondas estacionarias, las funciones de onda de la mecánica cuántica, etc. Queda claro que dicha interpretación se ajusta a la definición clásica de ondas, no a la definición más general que es más amplia. Puede comprobarse de forma relativamente sencilla que dicha expresión satisface siempre a la ecuación general de las ondas.

Salu2 cipriano.