Una oscilación es un movimiento repetitivo de un objeto o sistema alrededor de una posición de equilibrio. Este movimiento se repite a intervalos regulares de tiempo. Es fundamentalmente un vaivén, un ir y venir, o una vibración

Tipos de Oscilaciones:

Las oscilaciones se pueden clasificar principalmente en:

Oscilaciones Libres (o No Amortiguadas)

Ocurren cuando un sistema se desplaza de su posición de equilibrio y luego se le permite oscilar sin ninguna fuerza externa que le agregue o le quite energía, idealmente, la amplitud de la oscilación permanece constante, en la práctica, siempre existe alguna amortiguación (fricción, resistencia del aire), por lo que las oscilaciones libres perfectas son situaciones idealizadas.

Oscilaciones Amortiguadas:

Son oscilaciones en las que la amplitud disminuye gradualmente con el tiempo debido a fuerzas disipativas (como la fricción, la resistencia del aire o la viscosidad) que eliminan energía del sistema la energía mecánica del sistema se transforma en otras formas de energía (generalmente calor).

Ocurren cuando una fuerza externa, periódica o impulsora, actúa continuamente sobre un sistema oscilatorio. Esta fuerza externa compensa las pérdidas de energía por amortiguación y puede mantener la oscilación en una amplitud constante o incluso aumentar su amplitud si la frecuencia de la fuerza es la adecuada.

Resonancia:

Es un caso especial y muy importante de oscilación forzada. Ocurre cuando la frecuencia de la fuerza impulsora externa es igual o muy cercana a la frecuencia natural de oscilación del sistema (la frecuencia a la que oscilaría libremente con la menor amortiguación posible).

En resonancia, la transferencia de energía al sistema es máxima, lo que puede llevar a un aumento dramático en la amplitud de la oscilación, a veces con consecuencias destructivas.

  Propiedades de las Oscilaciones:

Para describir una oscilación, utilizamos varias propiedades clave:

Amplitud (A): Es el desplazamiento máximo de la partícula o sistema desde su posición de equilibrio. Se mide en unidades de distancia (metros, centímetros, etc.)

Periodo (T): Es el tiempo que tarda el sistema en completar una oscilación o ciclo completo. Se mide en segundos (s)

Frecuencia (f): Es el número de oscilaciones completas que ocurren por unidad de tiempo. Es el inverso del periodo (f=1/T) y se mide en Hertz (Hz), donde 1 Hz = 1 ciclo/segundo

.Frecuencia Angular (ω): Es una forma alternativa de expresar la frecuencia, especialmente útil en matemáticas. Se relaciona con la frecuencia por ω=2πf. Se mide en radianes por segundo (rad/s).  

  Propiedades del Sonido

El sonido, al ser una onda, posee características que nos permiten distinguirlo y describirlo:

Intensidad (Volumen):

Se refiere a la energía que transporta la onda sonora por unidad de tiempo a través de una unidad de área, subjetivamente, la percibimos como el volumen o la fuerza del sonido. Depende directamente de la amplitud de la onda sonora. A mayor amplitud, mayor intensidad (sonido más fuerte).Se mide en vatios por metro cuadrado (W/m2), pero para reflejar mejor la percepción humana, se utiliza comúnmente la escala logarítmica de decibelios (dB). Un aumento de 10 dB se percibe aproximadamente como el doble de fuerte.

Tono (Frecuencia):

Se refiere a la frecuencia de la onda sonora. Subjetivamente, la percibimos como el tono o la "altura" del sonido (si es agudo o grave).Las altas frecuencias corresponden a sonidos agudos (por ejemplo, el sonido de un violín o una voz de soprano).Las bajas frecuencias corresponden a sonidos graves (por ejemplo, el sonido de un tambor o una voz de bajo).El rango audible para los humanos generalmente va de 20 Hz (muy grave) a 20,000 Hz (muy agudo).

Timbre:

Es la cualidad del sonido que nos permite distinguir entre dos sonidos con la misma intensidad y tono, pero producidos por diferentes fuentes o instrumentos. Depende de la forma de la onda sonora compleja, que es el resultado de la mezcla de la frecuencia fundamental (el tono principal) con armónicos (múltiplos enteros de la frecuencia fundamental) y sobretonos. Es lo que nos permite diferenciar una guitarra de un piano tocando la misma nota con el mismo volumen, o reconocer la voz única de una persona.

Velocidad de Propagación:

La rapidez con la que el sonido viaja a través de un medio. Depende fundamentalmente de las propiedades elásticas y de densidad del medio por el que se propaga. Generalmente, el sonido viaja :Más rápido en sólidos (porque las partículas están muy juntas y las fuerzas intermoleculares son fuertes).Más lento en líquidos que en sólidos .Más lento en gases que en líquidos (porque las partículas están más dispersas y las interacciones son más débiles).Aproximadamente, en el aire a 20°C, la velocidad del sonido es de unos 343 m/s. En el agua es de unos 1500 m/s, y en el acero de unos 5000 m/s.  

  El Efecto Doppler:

El Efecto Doppler es el cambio aparente en la frecuencia.

Y, por lo tanto, en el tono o color en el caso de la luz) de una onda cuando hay un movimiento relativo entre la fuente que emite la onda y el observador que la percibe.

Explicación del Efecto Doppler:

Imagina una ambulancia con la sirena encendida que se mueve:

Cuando la ambulancia se acerca al observador: Las ondas sonoras que emite la sirena se "comprimen" en la dirección del movimiento. Esto significa que las crestas de la onda llegan al oído del observador con una frecuencia percibida mayor. El observador percibe un sonido de mayor frecuencia (más agudo) de lo que realmente emite la sirena .Cuando la ambulancia se aleja del observador: Las ondas sonoras se "estiran" en la dirección opuesta al movimiento. Esto significa que las crestas de la onda llegan al oído del observador con una frecuencia percibida menor. El observador percibe un sonido de menor frecuencia (más grave).

El Efecto Doppler no es exclusivo del sonido; ocurre con todo tipo de ondas, incluidas las ondas electromagnéticas (como la luz).

Aplicaciones del Efecto Doppler:

Radar de tráfico: La policía lo utiliza para medir la velocidad de los vehículos en movimiento, basándose en el cambio de frecuencia de las ondas de radio reflejadas. Ecografías médicas (ultrasonido Doppler): Permite a los médicos visualizar y medir el flujo sanguíneo en vasos sanguíneos y órganos, detectando, por ejemplo, obstrucciones o anormalidades en el corazón. Astronomía: Los astrónomos utilizan el Efecto Doppler de la luz de las estrellas y galaxias para determinar si se están acercando ("corrimiento al azul") o alejando ("corrimiento al rojo") de la Tierra, lo que es fundamental para entender la expansión del universo. Meteorología: Los radares meteorológicos usan el efecto Doppler para detectar la dirección y velocidad de los vientos dentro de las tormentas, lo que ayuda a predecir fenómenos como tornados.