Las ondas se suman donde se superponen
Una onda transporta crestas y valles mientras viaja por el espacio, y cuando dos ondas se encuentran en el mismo lugar, sus desplazamientos simplemente se suman. Este es el principio de superposición. La velocidad la fija v = fλ, dos ondas pueden reforzarse o cancelarse, y frecuencias ligeramente distintas producen pulsaciones. Aquí trabajamos con ondas viajeras reales, no con ondas estacionarias.
Una onda viajera se desliza de lado conservando la forma de sus crestas y valles. La longitud de onda λ es la distancia de una cresta a la siguiente, y la frecuencia f es cuántas crestas pasan por un punto fijo cada segundo. Su producto v = fλ es la velocidad a la que se mueve la onda. En un medio real la velocidad v la fija el propio medio y se mantiene casi constante, de modo que aumentar la frecuencia acorta la longitud de onda en la misma proporción. Arrastra los deslizadores λ y f y observa cómo queda fijada la velocidad v.
Cuando dos ondas de la misma frecuencia se superponen, la onda real en cada punto es la suma de los dos desplazamientos. Cuando la diferencia de fase Δφ es cero, las crestas se alinean con las crestas y la onda se duplica en interferencia constructiva. Cuando Δφ es π, una cresta se encuentra con el valle de la otra y se cancelan por completo hasta una línea plana. Los auriculares con cancelación de ruido usan justamente esta interferencia destructiva, generando una onda desfasada π respecto al ruido entrante para borrar el sonido en el oído. Gira el deslizador Δφ y observa cómo cambia la curva suma.
Cuando dos ondas de frecuencia ligeramente distinta se superponen, entran y salen de fase, de modo que el tamaño de la suma crece y decrece lentamente. Este lento hinchamiento es una pulsación. La frecuencia de la pulsación es igual a la diferencia de las dos frecuencias, |f₁ − f₂|. Al afinar un instrumento, se hacen sonar dos notas juntas y se ajusta hasta que las pulsaciones desaparecen, lo que significa que las dos frecuencias se han igualado exactamente. Mueve el deslizador f₂ para acercar las dos frecuencias y observa cuánto se ralentizan las pulsaciones.
Comprueba el principio de superposición en un solo punto. Arrastra la sonda vertical a izquierda y derecha, y en ese lugar verás la altura de cada onda y el valor de ambas sumadas. En cada posición, la suma es siempre solo las dos alturas sumadas. Como la suma es exactamente las dos alturas en cada punto, después de que las dos ondas se atraviesan mutuamente siguen con sus formas originales como si la otra nunca hubiera estado allí. Mueve la sonda y confirma que la suma de los dos valores coincide exactamente con la curva suma real.
La superposición se cumple del mismo modo sin importar cómo agite la onda al medio. En una onda transversal el medio se mueve perpendicular a la dirección de avance, dando la forma de curva que solemos dibujar; en una onda longitudinal el medio se mueve hacia adelante y hacia atrás a lo largo de la dirección de avance, creando regiones densas y dispersas. Las dos imágenes son solo dibujos distintos de la misma onda. La luz es una onda transversal y el sonido en el aire es una onda longitudinal, pero el principio de superposición se aplica a ambos exactamente igual. Pulsa el conmutador para ver la misma vibración aparecer en dos formas.