Articulo de referencia

Onda superficial

Un zampullín buceador creando olas en la superficie. En física , una onda superficial es una onda mecánica que se propaga a lo largo de la interfaz entre medios diferentes. Un e...

Un zampullín buceador creando olas en la superficie.

En física , una onda superficial es una onda mecánica que se propaga a lo largo de la interfaz entre medios diferentes. Un ejemplo común son las ondas gravitatorias a lo largo de la superficie de líquidos, como las olas del océano. Las ondas gravitatorias también pueden ocurrir dentro de los líquidos, en la interfaz entre dos fluidos con densidades diferentes. Las ondas superficiales elásticas pueden viajar a lo largo de la superficie de los sólidos, como las ondas de Rayleigh o Love . Las ondas electromagnéticas también pueden propagarse como "ondas superficiales", ya que pueden guiarse a lo largo de un gradiente de índice de refracción o a lo largo de una interfaz entre dos medios con constantes dieléctricas diferentes. En la transmisión de radio , una onda terrestre es una onda guiada que se propaga cerca de la superficie de la Tierra . [ 1 ]

Ondas mecánicas

En sismología , se encuentran varios tipos de ondas superficiales. En este sentido mecánico, las ondas superficiales se conocen comúnmente como ondas de Love (ondas L) u ondas de Rayleigh . Una onda sísmica es una onda que viaja a través de la Tierra, a menudo como resultado de un terremoto o una explosión. Las ondas de Love tienen movimiento transversal (el movimiento es perpendicular a la dirección de propagación, como las ondas de luz), mientras que las ondas de Rayleigh tienen movimiento longitudinal (movimiento paralelo a la dirección de propagación, como las ondas sonoras) y transversal. Las ondas sísmicas son estudiadas por sismólogos y medidas por un sismógrafo o sismómetro. Las ondas superficiales abarcan un amplio rango de frecuencias, y el período de las ondas más dañinas suele ser de 10 segundos o más. Las ondas superficiales pueden viajar alrededor del mundo muchas veces desde los terremotos más grandes. Las ondas superficiales se producen cuando las ondas P y S llegan a la superficie.

Ejemplos de ello son las olas en la superficie del agua y del aire ( olas oceánicas ). Otro ejemplo son las ondas internas , que pueden transmitirse a lo largo de la interfaz de dos masas de agua de diferente densidad.

En la teoría de la fisiología auditiva , la onda viajera (OT) de Von Békésy resultaba de una onda acústica superficial de la membrana basilar hacia el conducto coclear . Su teoría pretendía explicar cada característica de la sensación auditiva debido a estos fenómenos mecánicos pasivos. Posteriormente , David Kemp demostró que esto no era realista y que se requería una retroalimentación activa. Finalmente, en 2025, A. James Hudspeth y su equipo de investigación [ 2 ] —basándose en un avance tecnológico revolucionario [ 3 ] — establecieron que también en los mamíferos el análisis de frecuencia en el oído interno ocurre sin una onda viajera en la membrana basilar , refutando así la teoría del oído interno de Georg von Békésy . En cambio, este nuevo hallazgo concuerda con una función de la onda viajera como protección contra sobrecargas de la cóclea mediante la absorción de la entrada sonora excesiva. [ 4 ] [ 5 ]

Ondas electromagnéticas

Las ondas terrestres son ondas de radio que se propagan paralelas y adyacentes a la superficie terrestre, siguiendo su curvatura . Esta onda terrestre radiactiva se conoce como onda superficial de Norton , o más propiamente onda terrestre de Norton , porque las ondas terrestres en la propagación de radio no se limitan a la superficie.

Otro tipo de onda superficial es la onda superficial de Zenneck no radiativa de modo ligado o onda superficial de Zenneck-Sommerfeld . [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] La Tierra tiene un índice de refracción y la atmósfera tiene otro, constituyendo así una interfaz que soporta la transmisión de la onda guiada de Zenneck. Otros tipos de ondas superficiales son la onda superficial atrapada , [ 11 ] la onda deslizante y las ondas superficiales de Dyakonov (DSW) que se propagan en la interfaz de materiales transparentes con diferente simetría. [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] Aparte de estas, se han estudiado varios tipos de ondas superficiales para longitudes de onda ópticas. [ 16 ]

teoría del campo de microondas

En la teoría de campos de microondas, la interfaz entre un dieléctrico y un conductor permite la transmisión de ondas superficiales. Estas ondas se han estudiado como parte de líneas de transmisión , y algunas pueden considerarse líneas de transmisión de un solo hilo .

Las características y aplicaciones del fenómeno de las ondas superficiales eléctricas incluyen:

  • Los componentes del campo de la onda disminuyen con la distancia a la interfaz.
  • La energía electromagnética no se convierte del campo de onda superficial a otra forma de energía (excepto en ondas superficiales con fugas o pérdidas) [ 17 ] de manera que la onda no transmite potencia normal a la interfaz, es decir, es evanescente a lo largo de esa dimensión. [ 18 ]
  • En el cable coaxial, además del modo TEM, también existe un modo transversal magnético (TM) [ 19 ] que se propaga como una onda superficial en la región alrededor del conductor central. Para cables coaxiales de impedancia común, este modo se suprime eficazmente, pero en cables coaxiales de alta impedancia y con un solo conductor central sin blindaje externo, se admite una baja atenuación y una propagación de banda ancha. El funcionamiento de la línea de transmisión en este modo se denomina línea E.

Polaritón de plasmón de superficie

El campo eléctrico de un polaritón de plasmón superficial en una interfaz plata-aire, a una frecuencia que corresponde a una longitud de onda en el espacio libre de 10 μm. A esta frecuencia, la plata se comporta aproximadamente como un conductor eléctrico perfecto , y el SPP se denomina onda de Sommerfeld-Zenneck, con una longitud de onda casi idéntica a la del espacio libre.

El polaritón de plasmón superficial (SPP) es una onda electromagnética superficial que puede viajar a lo largo de una interfaz entre dos medios con diferentes constantes dieléctricas. Existe bajo la condición de que la permitividad de uno de los materiales [ 10 ] que forman la interfaz sea negativa, mientras que el otro sea positivo, como es el caso de la interfaz entre el aire y un medio conductor con pérdidas por debajo de la frecuencia de plasma . La onda se propaga paralela a la interfaz y decae exponencialmente perpendicularmente a ella, una propiedad llamada evanescencia. Dado que la onda se encuentra en el límite de un conductor con pérdidas y un segundo medio, estas oscilaciones pueden ser sensibles a cambios en el límite, como la adsorción de moléculas por la superficie conductora. [ 20 ]

Onda superficial de Sommerfeld-Zenneck

La onda de Sommerfeld-Zenneck o onda de Zenneck es una onda electromagnética guiada no radiativa que se propaga a través de una interfaz plana o esférica entre dos medios homogéneos con diferentes constantes dieléctricas. Esta onda superficial se propaga paralela a la interfaz y decae exponencialmente perpendicularmente a ella, una propiedad conocida como evanescencia. Existe bajo la condición de que la permitividad de uno de los materiales que forman la interfaz sea negativa, mientras que el otro es positivo, como por ejemplo la interfaz entre el aire y un medio conductor con pérdidas, como la línea de transmisión terrestre, por debajo de la frecuencia de plasma . Su intensidad de campo eléctrico disminuye a una tasa de e -αd /√d en la dirección de propagación a lo largo de la interfaz debido a la dispersión geométrica bidimensional del campo a una tasa de 1/√d, en combinación con una atenuación exponencial dependiente de la frecuencia (α), que es la disipación de la línea de transmisión terrestre, donde α depende de la conductividad del medio. Surgiendo del análisis original de Arnold Sommerfeld y Jonathan Zenneck del problema de propagación de ondas sobre una tierra con pérdidas, existe como una solución exacta a las ecuaciones de Maxwell . [ 21 ] La onda superficial de Zenneck, que es un modo de onda guiada no radiante, puede derivarse empleando la transformada de Hankel de una corriente terrestre radial asociada con una fuente de onda superficial de Zenneck terrestre realista. [ 10 ] Las ondas superficiales de Sommerfeld-Zenneck predicen que la energía decae como R −1 porque la energía se distribuye sobre la circunferencia de un círculo y no sobre la superficie de una esfera. La evidencia no muestra que en la propagación de ondas de radio espaciales, las ondas superficiales de Sommerfeld-Zenneck sean un modo de propagación ya que el exponente de pérdida de trayectoria generalmente está entre 20  dB/década y 40  dB/década.

Véase también

Gente
  • Arnold Sommerfeld publicó un tratado matemático sobre la onda de Zenneck.
  • Jonathan Zenneck – Alumno de Sommerfeld; pionero de la comunicación inalámbrica; desarrolló la onda Zenneck.
  • John Stone – Pionero de la comunicación inalámbrica; elaboró ​​teorías sobre la propagación de las ondas de radio.
Otro
  • Constantes de tierra , los parámetros eléctricos de la tierra
  • Campo cercano y campo lejano , el campo radiado que se encuentra dentro de un cuarto de longitud de onda del borde de difracción o de la antena y más allá.
  • Efecto pelicular , la tendencia de una corriente eléctrica alterna a distribuirse dentro de un conductor de manera que la densidad de corriente cerca de la superficie del conductor sea mayor que la de su núcleo.
  • Inversión de ondas superficiales
  • La función de Green es una función utilizada para resolver ecuaciones diferenciales no homogéneas sujetas a condiciones de contorno.

Referencias

  1. Este artículo incorpora material de dominio público de la Norma Federal 1037C . Administración de Servicios Generales . Archivado del original el 22 de enero de 2022.Dominio público  (en apoyo de la norma MIL-STD-188 ).
  2. Alonso, Rodrigo G.; Gianoli, Francesco; Fabella, Brian; Hudspeth, AJ (22 de julio de 2025). "Amplificación a través del comportamiento crítico local en la cóclea de los mamíferos" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 122 (29) e2503389122. doi : 10.1073/pnas.2503389122 . ISSN 1091-6490 . PMC 12304976. PMID 40658842 .   
  3. The Hearing Review, 2025. La investigación revela la biomecánica en vivo de la cóclea de los mamíferos. Disponible en: < https://hearingreview.com/hearing-loss/hearing-disorders/sensorineural/research-reveals-live-biomechanics-of-the-mammalian-cochlea > [Consultado el 14 de junio de 2026].
  4. Braun, M. (1994). "Células ciliadas sintonizadas para la audición, pero membrana basilar sintonizada para la protección contra sobrecarga: evidencia de delfines, murciélagos y roedores del desierto". Hearing Research . 78 (1): 98– 114. doi : 10.1016/0378-5955(94)90048-5 . ISSN 0378-5955 . PMID 7961182 .  
  5. Braun, M. (1996). "La obstrucción del movimiento de la membrana basilar reduce la protección contra sobrecargas pero no la sensibilidad del umbral: evidencia de hidropesía clínica y experimental". Hearing Research . 97 ( 1–2 ): 1–10 . ISSN 0378-5955 . PMID 8844181 .  
  6. La realidad física de la onda superficial de Zenneck .
  7. Hill, DA y JR Wait (1978), Excitación de la onda superficial de Zenneck mediante una apertura vertical, Radio Sci., 13(6), 969–977, doi : 10.1029/RS013i006p00969 .
  8. Goubau, G., "Über die Zennecksche Bodenwelle", (Sobre la onda superficial de Zenneck) , Zeitschrift für Angewandte Physik , vol. 3, 1951, núms. 3/4, págs. 103-107.
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  10. 1 2 3 Corum, KL, MW Miller, JF Corum, " Ondas superficiales y el experimento crucial de propagación ", Actas del Simposio de Texas de 2016 sobre circuitos y sistemas inalámbricos y de microondas (WMCS 2016), Universidad de Baylor, Waco, TX, 31 de marzo-1 de abril de 2016, IEEE, MTT-S, ISBN 9781509027569.
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  14. Takayama, O.; Crasovan, LC, Artigas, D.; Torner, L. (2009). "Observación de ondas superficiales de Dyakonov". Physical Review Letters . 102 (4) 043903. Bibcode : 2009PhRvL.102d3903T . doi : 10.1103/PhysRevLett.102.043903 . hdl : 2117/105762 . PMID 19257419 . S2CID 14540394 .  {{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  15. Takayama, O.; Artigas, D., Torner, L. (2014). "Guía direccional sin pérdidas de luz en nanohojas dieléctricas mediante ondas superficiales de Dyakonov". Nature Nanotechnology . 9 (6): 419– 424. Bibcode : 2014NatNa...9..419T . doi : 10.1038/nnano.2014.90 . hdl : 2117/23400 . PMID 24859812 . {{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
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Lecturas adicionales

Normas y doctrinas

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  • " Onda superficial ", Norma Federal 1037C .
  • " Onda superficial ", MIL-STD-188
  • " Tácticas, técnicas y procedimientos multiservicio para el establecimiento automático de enlaces de alta frecuencia (HF-ALE) : FM 6-02.74; MCRP 3–40.3E; NTTP 6-02.6; AFTTP(I) 3-2.48; COMDTINST M2000.7 " Septiembre de 2003.

Libros

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  • Budden, KG, " La teoría del modo de guía de ondas de la propagación de ondas ". Londres, Logos Press; Englewood Cliffs, NJ, Prentice-Hall, c1961. LCCN 62002870 /L
  • Budden, KG, « La propagación de ondas de radio  : la teoría de las ondas de radio de baja potencia en la ionosfera y la magnetosfera ». Cambridge (Cambridgeshire); Nueva York  : Cambridge University Press, 1985. ISBN 0-521-25461-2LCCN 84028498
  • Collin, RE, " Teoría de campo de ondas guiadas ". Nueva York: Wiley-IEEE Press, 1990.
  • Foti, S., Lai, CG, Rix, GJ y Strobbia, C., «Métodos de ondas superficiales para la caracterización de sitios cercanos a la superficie», CRC Press, Boca Raton, Florida (EE. UU.), 487 págs., ISBN 9780415678766, 2014 < https://www.crcpress.com/product/isbn/9780415678766 >
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Revistas y artículos

Zenneck, Sommerfeld, Norton y Goubau
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  • KA Norton, " La propagación de ondas de radio sobre la superficie de la tierra y en la atmósfera superior ", Proc. IRE, vol. 24, pp. 1367–1387, 1936.
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  • G. Goubau, " Ondas superficiales y su aplicación a líneas de transmisión ", J. Appl. Phys., vol. 21, págs.  1119–1128; noviembre de 1950.
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Esperar
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  • Wait, JR y DA Hill, " Excitación de la onda superficial de HF mediante aperturas verticales y horizontales ". Radio Science, 14, 1979, pp 767–780.
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Otros
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  • FJ Zucker, " Antenas de ondas superficiales y conjuntos excitados por ondas superficiales ", Manual de ingeniería de antenas, 2.ª ed., RC Johnson y H. Jasik, Eds. Nueva York: McGraw-Hill, 1984.
  • Yu. V. Kistovich, " Posibilidad de observar ondas superficiales de Zenneck en la radiación de una fuente con una pequeña apertura vertical ", Física Técnica Soviética , Vol. 34, No. 4, abril de 1989, pp. 391–394.
  • VI Baĭbakov, VN Datsko, Yu. V. Kistovich, " Descubrimiento experimental de las ondas electromagnéticas superficiales de Zenneck ", Sov Phys Uspekhi, 1989, 32 (4), 378–379.
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Otros medios

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  • Las Lecciones de Física de Feynman: Ondas superficiales
  • Eric W. Weisstein, et al., " Onda superficial ", El mundo de la física de Eric Weisstein, 2006.
  • David Reiss, " Ondas superficiales electromagnéticas ". The Net Advance of Physics: Special Reports, No. 1
  • Gary Peterson, " Redescubriendo la ola de Zenneck ". Feed Line No. 4. ( Reproducción disponible en línea en 21st Century Books )
  • Ondas 3D de Jesse Nochella basadas en un programa de Stephen Wolfram , Proyecto de Demostraciones de Wolfram .
  • Hendry, Janice (2009). "ONDAS SUPERFICIALES: ¿QUÉ SON? ¿POR QUÉ SON INTERESANTES?" (PDF) . ARMMS RF & MICROWAVE SOCIETY . Roke Manor Research Ltd. Recuperado el 24 de diciembre de 2023 .