Las ondas suelen describirse por variaciones en algunos parámetros a través del espacio y el tiempo-por ejemplo, la altura en una onda de agua, la presión en una onda de sonido, o el campo electromagnético en una onda de luz. El valor de este parámetro se denomina amplitud de la onda y la propia onda es una función que especifica la amplitud en cada punto.
En cualquier sistema con ondas, la forma de la onda en un momento dado es una función de las fuentes (es decir, las fuerzas externas, si las hay, que crean o afectan a la onda) y las condiciones iniciales del sistema. En muchos casos (por ejemplo, en la ecuación de onda clásica), la ecuación que describe la onda es lineal. Cuando esto es así, se puede aplicar el principio de superposición. Esto significa que la amplitud neta causada por dos o más ondas que atraviesan el mismo espacio es la suma de las amplitudes que habrían producido las ondas individuales por separado. Por ejemplo, dos ondas que viajan la una hacia la otra se atravesarán mutuamente sin ninguna distorsión en el otro lado. (Ver imagen superior.)
Difracción de ondas vs. interferencia de ondasEditar
Respecto a la superposición de ondas, Richard Feynman escribió:
Nunca nadie ha podido definir satisfactoriamente la diferencia entre interferencia y difracción. Es sólo una cuestión de uso, y no hay ninguna diferencia física específica e importante entre ellas. Lo mejor que podemos hacer, a grandes rasgos, es decir que cuando hay sólo unas pocas fuentes, digamos dos, que interfieren, entonces el resultado se suele llamar interferencia, pero si hay un gran número de ellas, parece que se usa más la palabra difracción.
Otros autores elaboran:
La diferencia es de conveniencia y convención. Si las ondas a superponer proceden de unas pocas fuentes coherentes, digamos dos, el efecto se llama interferencia. En cambio, si las ondas que hay que superponer se originan al subdividir un frente de onda en ondas coherentes infinitesimales (fuentes), el efecto se llama difracción. Es decir, la diferencia entre ambos fenómenos es sólo de grado, y básicamente, son dos casos límite de efectos de superposición.
Sin embargo, otra fuente coincide:
En la medida en que las franjas de interferencia observadas por Young eran el patrón de difracción de la doble rendija, este capítulo es, por tanto, una continuación del capítulo 8 . Por otro lado, pocos ópticos considerarían el interferómetro de Michelson como un ejemplo de difracción. Algunas de las categorías importantes de la difracción están relacionadas con la interferencia que acompaña a la división del frente de onda, por lo que la observación de Feynman refleja en cierta medida la dificultad que podemos tener para distinguir la división de la amplitud y la división del frente de onda.
Interferencia de ondasEditar
El fenómeno de la interferencia entre ondas se basa en esta idea. Cuando dos o más ondas atraviesan el mismo espacio, la amplitud neta en cada punto es la suma de las amplitudes de las ondas individuales. En algunos casos, como en los auriculares con cancelación de ruido, la variación sumada tiene una amplitud menor que las variaciones componentes; esto se llama interferencia destructiva. En otros casos, como en un array, la variación sumada tendrá una amplitud mayor que cualquiera de los componentes por separado; esto se llama interferencia constructiva.
| forma de onda combinada |
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| Ola 1 | ||
| Ola 2 | ||
| Dos ondas en fase | Dos ondas 180° de fase |
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Salidas de la linealidadEditar
En la mayoría de las situaciones físicas realistas, la ecuación que gobierna la onda es sólo aproximadamente lineal. En estas situaciones, el principio de superposición sólo se cumple aproximadamente. Por regla general, la precisión de la aproximación tiende a mejorar a medida que la amplitud de la onda se hace más pequeña. Para ver ejemplos de fenómenos que surgen cuando el principio de superposición no se cumple exactamente, véanse los artículos Óptica no lineal y Acústica no lineal.
Superposición cuánticaEditar
En la mecánica cuántica, una tarea principal es calcular cómo se propaga y se comporta un determinado tipo de onda. La onda se describe mediante una función de onda, y la ecuación que gobierna su comportamiento se llama ecuación de Schrödinger. Una aproximación primaria para calcular el comportamiento de una función de onda es escribirla como una superposición (llamada «superposición cuántica») de (posiblemente infinitas) otras funciones de onda de un cierto tipo-estados estacionarios cuyo comportamiento es particularmente simple. Dado que la ecuación de Schrödinger es lineal, el comportamiento de la función de onda original puede calcularse a través del principio de superposición de esta manera.
La naturaleza proyectiva del espacio de estados mecánico-cuánticos supone una diferencia importante: no permite la superposición del tipo que es el tema del presente artículo. Un estado mecánico cuántico es un rayo en el espacio proyectivo de Hilbert, no un vector. La suma de dos rayos es indefinida. Para obtener la fase relativa, debemos descomponer o dividir el rayo en componentes
| ψ i ⟩ = ∑ j C j | ϕ j ⟩ , {\displaystyle |\psi _{i}\rangle =\sum _{j}{C_{j}|\phi _{j}\rangle ,
donde el C j ∈ C {{displaystyle C_{j}}in {{textbf {C}}
pertenece a un conjunto de bases ortonormales. La clase de equivalencia de | ψ i ⟩ {\displaystyle |\psi _{i}\rangle }
.
Hay algunas similitudes entre la superposición presentada en el principal de esta página y la superposición cuántica. Sin embargo, sobre el tema de la superposición cuántica, Kramers escribe: «El principio de superposición … no tiene ninguna analogía en la física clásica». Según Dirac «la superposición que se produce en la mecánica cuántica es de una naturaleza esencialmente diferente a la que se produce en la teoría clásica .»