Desfase entre ondas (diferencia de fase): definición y ejemplos

Descubre qué es el desfase entre ondas, su definición clara y ejemplos prácticos (como péndulos), para entender diferencias de fase y amplitud fácilmente.

La diferencia de fase entre dos ondas es la diferencia en la posición de sus movimientos sinusoidales cuando se comparan en un mismo instante. Dicho de otro modo, cuantifica cuánto "se adelanta" o "se atrasa" una onda respecto a otra. Cuando dos oscilaciones tienen distinta fase no suben ni bajan exactamente a la vez y, por tanto, su suma puede cambiar la amplitud resultante en cada punto del tiempo o del espacio.

Definición matemática

Si representamos dos ondas sinusoidales simples con la misma frecuencia como:

• y1(t) = A sin(ωt)
• y2(t) = A sin(ωt + φ)

entonces φ es la diferencia de fase entre ambas. Las unidades preferidas son radianes (rad), aunque también puede expresarse en grados (°). La relación entre ambas unidades es: 360° = 2π rad.

Cálculo de la diferencia de fase

• Si hay un desfase temporal Δt entre señales de la misma frecuencia f (periodo T = 1/f):
  φ = ω Δt = 2π f Δt = 2π Δt / T.
• Si hay una diferencia de camino (o fase espacial) Δx para ondas de longitud de onda λ:
  φ = 2π Δx / λ (positivo si una onda ha recorrido más camino que la otra).
• En una onda viajera general, la fase puede expresarse como k x − ω t, donde k = 2π/λ es el número de onda.

Interferencia y resultado de superponer ondas

Cuando sumamos dos ondas del mismo periodo y amplitud A pero con diferencia de fase φ, la amplitud resultante A_r viene dada por la suma fasorial. Para amplitudes iguales:

A_r = 2 A cos(φ/2)

Esto implica:

• Si φ = 0 (en fase), A_r = 2A (interferencia constructiva máxima).
• Si φ = π rad (180°; en contrafase), A_r = 0 (interferencia destructiva completa).
• Valores intermedios de φ producen una amplitud resultante entre 0 y 2A.

Ejemplos prácticos

• Péndulos: Dos péndulos con el mismo período que comienzan a oscilar en momentos distintos tienen una diferencia de fase proporcional al tiempo de retraso entre ellos. Si uno comienza medio periodo más tarde, estarán en contrafase (φ = π).
• Ondas en cuerdas o agua: Si dos fuentes generan ondas con la misma λ, la diferencia de camino hasta un punto determina φ mediante φ = 2πΔx/λ; los puntos donde φ = 2mπ producen máximos y donde φ = (2m+1)π producen mínimos (m entero).
• Electrónica (corriente y tensión en AC): en circuitos con reactivez (inductores o capacitores) la corriente puede adelantarse o retrasarse respecto a la tensión; ese desfase se mide en grados o radianes y afecta la potencia real disipada.
• Óptica y acústica: los patrones de interferencia y las franjas de interferencia en experimentos (doble rendija, interferómetros) se explican mediante diferencias de fase entre caminos.

Ejemplo numérico simple

Dos ondas con la misma amplitud A y diferencia de fase φ = π/3 (60°):

• A_r = 2 A cos(φ/2) = 2 A cos(π/6) = 2 A · (√3/2) = A √3 ≈ 1.732 A.
• Si φ = π (180°), A_r = 0 (se cancelan).

Cómo medir la diferencia de fase

Con un osciloscopio: medir el tiempo Δt entre dos puntos equivalentes (por ejemplo, picos) de las señales y usar φ = 360° · Δt / T (o en radianes φ = 2π Δt / T). En óptica o acústica se puede calcular a partir de la diferencia de camino con φ = 2π Δx / λ.

Intuitivamente, la diferencia de fase indica si las crestas y los valles de dos ondas coinciden (en fase), se oponen (contrafase) o están en algún punto intermedio; de ello dependen la amplitud resultante y los efectos de interferencia observables.

Búsqueda por letra