Velocidad de fase frente a velocidad de grupo
La velocidad de fase y la velocidad de grupo son dos conceptos muy importantes en física. Desempeñan un papel vital en campos como la mecánica ondulatoria, la óptica, la mecánica cuántica e incluso la ingeniería de sonido. Es vital tener una comprensión sólida tanto de la velocidad de fase como de la velocidad de grupo para sobresalir en dichos campos. En este artículo, vamos a discutir qué son la velocidad de fase y la velocidad de grupo, las definiciones de velocidad de grupo y velocidad de fase, sus aplicaciones, sus similitudes y, finalmente, la diferencia entre estos dos.
¿Qué es la velocidad de fase?
La velocidad de fase es un concepto discutido en la propagación de ondas. La velocidad de fase de una onda es la velocidad de una “fase” que se propaga. Para aclarar, suponga la cresta de una ola, que viaja en la dirección x del eje. La velocidad de fase es la componente x de la velocidad del punto seleccionado en la cresta. Esto también se puede obtener dividiendo la longitud de onda por el tiempo que tarda una sola longitud de onda en pasar por un punto seleccionado. Este tiempo es igual al período de la oscilación que está causando la onda. Ahora considere una onda sinusoidal estándar A sin (wt – kx), donde w es la velocidad angular de la fuente, t es el tiempo, k es el número de onda (número de longitudes de onda completas por longitud de 2π) y x es la posición en el eje x. En la cresta, wt – kx es igual a cero. Por tanto, la velocidad de fase (x/t) es igual a w/k. matemáticamente, el valor p=wt – kx es la fase de la onda.
¿Qué es la velocidad de grupo?
La velocidad de grupo se analiza bajo la superposición de ondas. Para comprender la velocidad de grupo, primero se debe comprender el concepto de superposición. Cuando dos ondas se interceptan en el espacio, la oscilación resultante es algo más compleja que el comportamiento sinusoidal. La partícula en un punto oscila con amplitudes variables. La amplitud máxima es el unísono de las dos amplitudes de las ondas originales. La amplitud mínima es la diferencia mínima entre las dos amplitudes originales. Si las dos amplitudes son iguales, el máximo es el doble de la amplitud y el mínimo es cero. En aras de la claridad, supongamos que las dos ondas moduladas son de la misma amplitud y frecuencias diferentes. Esto hace que la onda de mayor frecuencia quede envuelta en la onda de menor frecuencia. Esto provoca un grupo de ondas empaquetadas en un sobre. La velocidad de esta envolvente es la velocidad de grupo de la onda. Cabe señalar que, para una onda estacionaria, la velocidad de grupo es cero. Para que la velocidad del grupo sea cero, ambas ondas deben tener la misma frecuencia y deben tener direcciones opuestas de viaje.
¿Cuál es la diferencia entre la velocidad de grupo y la velocidad de fase?
• La velocidad de fase se define tanto para ondas individuales como para ondas superpuestas.
• La velocidad de grupo se define únicamente para las ondas superpuestas.
• La velocidad de grupo es la velocidad de la onda con menor frecuencia, pero la velocidad de fase es la velocidad de la onda con mayor frecuencia.
