¿Por qué una onda tiene forma de zig-zag?

Una onda es una oscilación del campo / partículas constituyentes.
Trataré de dilucidar de una manera aproximada consistente con la física clásica y lo que observamos a niveles macroscópicos.
Una onda se inicia cuando algo de energía excita el campo / partícula.
Considere el caso de las ondas de materia. Una partícula P entre los millones que constituyen el medio. Esta partícula es atraída por muchas otras partículas que la rodean. Eso es lo que mantiene unido al medio.
Cuando esta partícula P se excita, gana algo de energía cinética que la pone en movimiento, lejos de las otras partículas que la rodean. Pero las fuerzas de unión (fuerzas electromagnéticas en el caso de la materia) de las otras partículas lo harán retroceder. Al igual que un péndulo, comenzará a oscilar, de un lado a otro (arriba, abajo en este caso) alrededor de su posición original. Este movimiento se transfiere lentamente a la siguiente partícula P2 donde se acumula la oscilación, mientras que la oscilación de la primera partícula comienza a disminuir. Básicamente, la energía de la primera partícula se transfiere a la siguiente.
Este proceso continúa: P2 imparte su energía a P3 y así sucesivamente.
Esto hace que la onda se propague de un punto en el medio al siguiente.
Ahora se debe conservar el impulso de las partículas constituyentes. No podemos tener partículas que oscilen en direcciones arbitrarias, ya que eso no conservará el impulso. La partícula que oscila hacia arriba y hacia abajo no inducirá un movimiento lateral en la otra partícula en su vecindad. Entonces, para las ondas transversales: vemos un movimiento ascendente hacia abajo perpendicular a la propagación de la onda (costras y valles) y para las ondas longitudinales vemos el movimiento hacia adelante y hacia atrás de las partículas constituyentes en la dirección de propagación de la onda (ondas sonoras).

1. Aprende qué es realmente una ola. 2. Imagina si tiene algún sentido lógico que surja un patrón como la imagen 2 … 🙂

El universo tiende a la simplicidad, porque así es más fácil 🙂

Muchos sistemas como un resorte obedecen o se aproximan a la ley de Hooke. Esta ley establece que la fuerza sobre un objeto es proporcional y en la dirección opuesta a su desviación. Lo que esto significa es obvio para una primavera. Para una ola de agua, la fuerza es proporcionada por el peso del agua y la gravedad. Cuando una ola de agua está subiendo, la gravedad la baja. La ecuación que obtienes con la ley de Hooke es

F = -kx

Dado que F = ma y a es la segunda derivada de la distancia con respecto al tiempo

m (d ^ 2x / dt ^ 2) = -kx

Si combina las dos constantes, termina con una ecuación diferencial muy básica d ^ 2x / dt ^ 2 = -px.

Las soluciones a esta ecuación tienen la forma f (x) = Asin (wx) + Bcos (wx). Estas son funciones periódicas. Olas. Puede combinar (agregar) soluciones para obtener nuevas soluciones. La onda cuadrada es una suma infinita de soluciones con w creciente y constantes A y / o B decrecientes.