A veces se produce un cambio de fase cuando se refleja una onda . [1] [2] Tales reflejos ocurren para muchos tipos de ondas, incluidas ondas de luz , ondas de sonido y ondas en cuerdas. [3]
Óptica
Las ondas de luz cambian de fase en 180 ° cuando se reflejan en la superficie de un medio con un índice de refracción más alto que el del medio en el que viajan. [1] Una onda de luz que viaja en el aire que es reflejada por una barrera de vidrio experimentará un cambio de fase de 180 °, mientras que la luz que viaja en el vidrio no experimentará un cambio de fase si se refleja en un límite con el aire. Por esta razón, los límites ópticos se especifican normalmente como un par ordenado (aire-vidrio, vidrio-aire); indicando de qué material sale y entra la luz, respectivamente.
"Fase" aquí es la fase de las oscilaciones del campo eléctrico , no las oscilaciones del campo magnético (mientras que el campo eléctrico sufrirá un cambio de fase de 180 °, el campo magnético sufrirá un cambio de fase de 0 °. Lo contrario es cierto cuando la reflexión se produce a una refracción más baja interfaz de índice.) [4] Además, esto se refiere a una incidencia casi normal : para la luz p-polarizada que se refleja en el vidrio en un ángulo de mirada , más allá del ángulo de Brewster , el cambio de fase es 0 °. Los cambios de fase que tienen lugar tras la reflexión juegan un papel importante en la interferencia de la película delgada .
Ondas sonoras
Las ondas sonoras en un sólido experimentan una inversión de fase (un cambio de 180 °) cuando se reflejan desde un límite con el aire. [2] Las ondas sonoras en el aire no experimentan un cambio de fase cuando se reflejan en un sólido, pero muestran un cambio de 180 ° cuando se reflejan en una región con una impedancia acústica más baja . Un ejemplo de esto es cuando una onda de sonido en un tubo hueco se encuentra con el extremo abierto del tubo. El cambio de fase por reflexión es importante en la física de los instrumentos de viento .
Instrumentos de cuerda
Una onda en una cuerda experimenta un cambio de fase de 180 ° cuando se refleja desde un punto donde la cuerda está fija. [2] [3] Los reflejos del extremo libre de una cuerda no presentan cambio de fase. El cambio de fase cuando se refleja desde un punto fijo contribuye a la formación de ondas estacionarias en las cuerdas, que producen el sonido de los instrumentos de cuerda .
Líneas de transmisión eléctrica
Los reflejos de señales en líneas conductoras exhiben típicamente un cambio de fase de la señal incidente. Hay dos casos extremos de terminación: cortocircuito (línea cerrada) y circuito abierto (línea discontinua). En ambos casos se refleja la amplitud total de la onda.
- cortocircuito
- La reflexión de la onda de voltaje en una línea terminada con un cortocircuito tiene un desfase de 180 °. Esto es análogo (por la analogía de la movilidad ) a una cuerda donde el extremo está fijo en su posición, o una onda de sonido en un tubo con un extremo bloqueado. La onda de corriente, por otro lado, no está desfasada.
- línea rota / abierta
- Una línea de transmisión terminada con un circuito abierto es el caso dual ; la onda de voltaje se desplaza 0 ° y la onda de corriente se desplaza 180 °.
- terminación reactiva
- Una línea de transmisión terminada con una capacitancia o inductancia pura también dará lugar a una onda desfasada en amplitud completa. El cambio de fase de voltaje está dado por
- [5] : 275
dónde
- Z 0 es la impedancia característica de la línea
- X es la susceptancia de la inductancia o capacitancia, dada respectivamente por ωL o −1 ⁄ ωC
- L y C son, respectivamente, inductancia y capacitancia, y
- ω es la frecuencia angular .
En el caso de terminación reactiva, el desplazamiento de fase estará entre 0 y + 180 ° para los inductores y entre 0 y -180 ° para los condensadores . El cambio de fase será exactamente ± 90 ° cuando | X | = Z 0 .
Para el caso general cuando la línea termina con alguna impedancia arbitraria , Z , la onda reflejada es generalmente menor que la onda incidente. Se debe utilizar la expresión completa para el cambio de fase,
- [5] : 273
Esta expresión asume que la impedancia característica es puramente resistiva .
Referencias
- ^ a b Nave, CR "Cambio de fase de reflexión" . Hiperfísica . Universidad Estatal de Georgia . Consultado el 28 de marzo de 2016 .
- ^ a b c Nave, CR "Reflejo de sonido" . Hiperfísica . Universidad Estatal de Georgia . Consultado el 28 de marzo de 2016 .
- ^ a b Russell, Daniel A. "Reflexión de ondas desde los límites" . Programa de Postgrado en Acústica . Universidad Estatal de Pensilvania . Consultado el 12 de mayo de 2021 .
- ^ Byrnes, Steven J. (2016). "Cálculos ópticos multicapa". arXiv : 1603.02720 [ physics.comp-ph ]. Apéndice A
- ^ a b Bleaney, BI y Bleaney, Brebis (2013). Electricidad y magnetismo . 1 . Prensa de la Universidad de Oxford. ISBN 0199645426.