Ondas y radiaciones: ¿qué onda?

Las ondas 

Ondas uperficiales (R. McLassus)

En Física, se llama onda a la forma en que “viaja” una perturbación desde su punto de origen. Si sujetamos una soga desde sus dos puntas y movemos con fuerza una de ellas, veremos cómo se genera una onda que viaja desde ese extremo hacia el opuesto. Esa es una onda unidimensional. Si dejamos caer una piedra sobre una superficie de agua, podremos ver cómo la perturbación se transmite horizontalmente en forma de olas circulares hacia todas direcciones a partir del punto donde cayó la piedra. Esa es una onda bidimensional. Las ondas tridimensionales son las que se propagan en todas direcciones, como un globo que crece, y un buen ejemplo es el sonido.

Las ondas también pueden ser clasificadas como mecánicas, si se propagan a través de un medio, que puede ser sólido (el movimiento de la soga), líquido (las olas en el agua) o gaseoso (el sonido a través del aire), o electromagnéticas, si no necesitan de ningún medio para transportarse (luz). También existen las gravitacionales, pero las dejaremos para otro momento, y nos concentraremos en el segundo tipo.

Las ondas pueden describirse según: a) su longitud, que es la distancia entre dos puntos equivalentes, como pueden ser dos crestas, b) su frecuencia, que es cuántos ciclos se dan por unidad de tiempo. Obviamente, a mayor longitud de onda, menor frecuencia y viceversa. Estas radiaciones tienen distintas propiedades y distintas interacciones con los materiales, según la longitud y frecuencia de la onda que las transporta.

Relación inversa entre frecuencia y longitud de onda

Las radiaciones

El término radiación se usa para describir dos fenómenos muy distintos, que lo único que tienen en común es que ambos son formas de propagación de energía:

1. la transmisión de energía atómica por medio de partículas subatómicas (radiactividad)
2. la transmisión de energía electromagnética, en forma de ondas electromagnéticas

Vamos a referirnos solamente al segundo tipo: las radiaciones electromagnéticas.

El espectro electromagnético es todo el rango de frecuencias y longitudes de onda que puede tener la radiación electromagnética. Éstas van desde muy bajas frecuencias (y largas longitudes de onda) en el caso de las ondas de radio, hasta las muy altas frecuencias (y muy cortas longitudes de onda) de los rayos gamma. A pesar de estas diferencias, todas las radiaciones electromagnéticas viajan a la misma velocidad: la velocidad de la luz.

Estos son los principales tipos de radiaciones electromagnéticas y algunas de sus características:

• Ondas de radio: producen oscilaciones rápidas en los electrones de los metales (por ejemplo, en una antena). Las producen de forma natural los rayos eléctricos y los objetos astronómicos. Se las genera de forma artificial para innumerables aplicaciones en comunicaciones, televisión, sistemas de navegación, redes informáticas, etc.
• Microondas: también son ondas de radio, pero de longitudes más cortas. Producen oscilaciones similares a las de radio en los electrones de los metales y además causan rotaciones moleculares (calentamiento). Antes de las fibras ópticas se las usaba para llamadas de larga distancia, pero hoy se usan, por ejemplo, en las tecnologías Bluetooth y GSM, así como en los radares.
• Infrarroja: causa vibraciones moleculares y oscilaciones de electrones de los metales. Corresponde a las radiaciones térmicas emitidas por los objetos que se encuentran a temperatura ambiente. Microscópicamente, es emitida o absorbida por las moléculas cuando éstas cambian sus movimientos de rotación y vibración. Sus aplicaciones científicas e industriales van desde la visión nocturna hasta la observación de objetos astronómicos.
• Luz visible: produce oscilaciones de electrones de los metales y excitación en los electrones moleculares, incluyendo las moléculas de pigmentos en la retina humana. Es la radiación electromagnética que es visible para el ojo humano.
• Ultravioleta: causa una excitación en los electrones de valencia de átomos y moléculas, e incluso provoca desprendimiento de electrones (efecto fotoeléctrico). Son invisibles para el ojo humano (aunque pueden ser vistas indirectamente usando materiales fluorescentes) pero no para ciertos insectos y aves. Esta radiación es emitida por el Sol (aunque más del 97% es bloqueada por la capa de ozono), los arcos eléctricos y las luces negras. Sus usos son múltiples, en la investigación científica, la esterilización de materiales o alimentos, la purificación del aire, etc.
• Rayos X: excitación y liberación de electrones de los átomos (ver efecto Compton) en los elementos livianos. Pueden atravesar casi todos los materiales, por lo que su uso más habitual es la toma de imágenes del interior de los objetos, ya sea en el diagnóstico por imágenes, en la seguridad de los aeropuertos, o en la cristalografía.
• Rayos Gamma: provocan eyección energética de electrones en elementos pesados (efecto Compton) en todos los elementos, excitación de núcleos atómicos, e incluso disociación de núcleos. Esta radiación es producida por elementos radiactivos, o por la destrucción de un par positrón-electrón, o por fenómenos astrofísicos violentos. También la producen los rayos eléctricos y la interacción de la atmósfera con los rayos cósmicos. Se los usa, por ejemplo, para esterilizar materiales, tratar algunos tipos de cáncer y en diagnósticos por imágenes.

Como vemos, los primeros tipos de radiaciones provocan movimientos o perturbaciones en los electrones de los metales, mientras que los últimos tipos, los más energéticos, llegan a desprender electrones de átomos y moléculas de cualquier sustancia. En base a esta propiedad, podemos clasificar a las radiaciones electromagnéticas en ionizantes, que son las que tienen energía suficiente para arrancar electrones de los átomos, dejándolos ionizados, y no ionizantes, que serían, al menos en este aspecto, biológicamente inocuas. La línea divisoria se encuentra en la primera mitad (la de menor energía) de los rayos ultravioletas, por lo que las ondas de radio, microondas, infrarroja, visible y parte de la ultravioleta no son ionizantes, mientras que los rayos Gamma, X y la parte de más alta energía de los ultravioletas, sí.

Radiaciones ionizantes y no ionizantes

En un próximo post hablaremos un poco más en detalle sobre las dudas que existen respecto de los posibles efectos nocivos de los celulares y las antenas de telecomunicaciones.