Respuestas
Las ondas longitudinales son ondas en las que el desplazamiento a través del medio está en la misma dirección de desplazamiento de la onda, independiente del sentido.
Las ondas longitudinales mecánicas también se llaman ondas de compresión u ondas de compresibilidad, ya que producen compresión y rarefacción cuando viaja a través de un medio, y las ondas de presión producen aumentos y disminuciones en la presión.
La primera figura ilustra el caso de una onda sonora. Si el centro de la figura es un foco puntual generador de la onda, los frentes de onda se desplazan alejándose del foco, transmitiendo el sonido a través del medio de propagación, por ejemplo aire.
Por otra parte, cada partícula de un frente de onda cualquier oscila en dirección de la propagación, inicialmente es empujada en la dirección de propagación por efecto del incremento de presión provocado por el foco, retornando a su posición anterior por efecto de la disminución de presión provocada por su desplazamiento. De esta manera, las consecutivas capas de aire (frentes) se empujan unas a otras transmitiendo el sonido, y por esa razón las ondas sonoras son ondas longitudinales, y necesitan de un medio material para desplazarse (sólido, líquido o gas).
El otro tipo principal de onda es la onda transversal, en la que los desplazamientos a través del medio son en ángulo recto hacia la dirección de propagación. Algunas ondas transversales son mecánicas, lo que significa que la onda necesita un medio por donde viajar. Las ondas mecánicas transversales también se llaman "ondas T" u "ondas de corte".
En el caso de las ondas de sonido longitudinales armónicas, las relaciones entre el desplazamiento, el tiempo y la frecuencia pueden describirse con la fórmula
{\displaystyle y(x,t)=A_{0}cos(\omega (t-{\frac {x}{c}}))} {\displaystyle y(x,t)=A_{0}cos(\omega (t-{\frac {x}{c}}))}
donde:
"y" representa el desplazamiento del punto en la onda de sonido en movimiento;
"x" representa la distancia que este punto ha recorrido desde la fuente de la onda;
"t" representa el tiempo transcurrido;
"A0" representa la amplitud de las oscilaciones,
"c" representa la velocidad de la onda;
"ω " representa la frecuencia angular de la onda.
La cantidad x / c es el tiempo que tarda la onda en recorrer la distancia x.
La frecuencia ordinaria de la onda (f) es dada por:
{\displaystyle f={\frac {\omega }{2\pi }}} {\displaystyle f={\frac {\omega }{2\pi }}}
La longitud de onda, que se puede calcular como la relación entre la velocidad y la frecuencia ordinaria:
{\displaystyle \lambda ={\frac {c}{f}}} {\displaystyle \lambda ={\frac {c}{f}}}
Es la distancia entre dos puntos consecutivos a lo largo del eje de la propagación que presentan la misma presión.
Para las ondas de sonido, la amplitud de la onda es la diferencia entre la presión del aire que no ha sido alterado y la máxima presión causada por la onda.
La velocidad de propagación del sonido depende del tipo, temperatura y composición del medio a través del cual se propaga.
Ondas de presión
En un medio elástico con una determinada rigidez, una oscilación armónica de una onda de presión tiene la forma:
{\displaystyle u(x,t)=u_{0}cos(kx-\omega t+\varphi )} {\displaystyle u(x,t)=u_{0}cos(kx-\omega t+\varphi )}
donde:
u0 es la amplitud del desplazamiento,
k es el número de onda,
x es la distancia a lo largo del axis de propagación,
ω es la frecuencia angular,
t es el tiempo
φ es la diferencia de fase.
La fuerza de restauración, que actúa devolviendo el medio a su posición original, es dada por el módulo de compresibilidad