Fenómenos Periódicos

Definición de Fenómeno Periódico

Definición simplificada

Se dice que un fenómeno es «periódico» si se repite de forma idéntica en intervalos de tiempo constantes

Esta definición da lugar a algunos comentarios:

¿Qué significa «reproducido de forma idéntica»? Dos fenómenos pueden parecer similares cuando nos basamos en los sentidos humanos (vista, oído, etc.), pero el uso de un dispositivo de medición puede revelar diferencias. Por lo tanto, para calificar un fenómeno como periódico, es necesario establecer criterios que nos permitan definir el margen de tolerancia para considerar dos fenómenos como «idénticos».

¿Cuáles son las condiciones que permiten considerar que los intervalos de tiempo son iguales? La misma observación puede hacerse para las duraciones (¡y también para cualquier cantidad física!). Es necesario definir un margen de tolerancia que permita considerar que dos duraciones son idénticas.

Definición exacta

Un fenómeno se considera periódico:

  • Si se caracteriza por una cantidad física señalada X (una dimensión, una coordenada, un campo eléctrico, etc.) que depende del tiempo y que puede expresarse mediante una función f tal que X = f(t).
  • Si existe una duración T (la menor posible) tal que para cualquier valor de tiempo (t) se verifica la siguiente igualdad: f (t+T) = f(t). Obsérvese que esta duración (T) corresponde al periodo del fenómeno.

Observaciones

  • La periodicidad de un fenómeno depende de la duración en la que se considere dicho fenómeno, un fenómeno puede resultar periódico en una duración corta y dejar de serlo en una duración mayor. Por ejemplo, el movimiento de las agujas de un reloj puede considerarse periódico durante unos meses, pero cuando se descargan las pilas eléctricas, el mecanismo se ralentiza y luego deja de funcionar.
  • Si un fenómeno periódico se estudia durante un periodo demasiado corto, no se puede identificar su periodicidad. Por ejemplo, el movimiento del minutero de un reloj es periódico si se estudia durante varias horas, pero esta periodicidad no aparece si se sigue el movimiento durante sólo unos minutos.
  • Para un mismo fenómeno algunos aspectos pueden ser periódicos y otros no, de nuevo puede ser necesario especificarlo. Por ejemplo, en un periodo de una hora el movimiento del segundero de un reloj es periódico, pero no todo el reloj (el periodo considerado tendría que extenderse a varios días).

¿Cómo podemos determinar si un fenómeno es periódico?

Según la definición dada, para saber si un fenómeno es periódico, hay que verificar

  • Que se repite con características que pueden considerarse idénticas en cada repetición.
  • Que la repetición se produce a intervalos de tiempo constantes a lo largo de toda la duración considerada.

Para ello podemos basarnos en:

  • Sobre nuestro conocimiento del fenómeno (relativo a las situaciones cotidianas)
  • En una descripción del fenómeno, si ésta se proporciona
    una señal (generalmente eléctrica)
  • Un gráfico que muestra las variaciones de una cantidad característica del fenómeno en función del tiempo. En este caso, el gráfico presenta un patrón básico que se repite a intervalos de tiempo constantes.

Características de un fenómeno periódico

En un fenómeno periódico hay una doble repetición:

La repetición temporal se caracteriza por dos magnitudes: el «periodo», por un lado, y la «frecuencia», por otro. El periodo corresponde al tiempo que transcurre entre dos repeticiones del fenómeno, mientras que la frecuencia refleja el ritmo de las repeticiones. Estas dos magnitudes (frecuencia y periodo) están relacionadas entre sí, una puede deducirse fácilmente de la otra, por lo que generalmente sólo es necesaria una de ellas para describir un fenómeno periódico.

En cuanto a la repetición de las magnitudes físicas, puede limitarse a una indicación de los valores extremos (máximo y mínimo), de la amplitud (diferencia entre el valor mínimo y el máximo) o puede ser más detallada a partir de una representación gráfica (magnitud física representada en función del tiempo) donde se marca el «patrón» básico.

Fenómenos periódicos biológicos

Algunos fenómenos biológicos pueden considerarse periódicos durante periodos de tiempo limitados y siempre que la actividad física y los parámetros externos (como la temperatura) sean estables.
Por ejemplo, se puede considerar periódico lo siguiente

  • Respiración
  • Actividad cardíaca
  • Actividad eléctrica del cerebro.

 

Otros ejemplos de fenómenos periódicos

Ondas

Las ondas suelen ser fenómenos periódicos (siempre que la fuente que las genera lo sea), lo que ocurre especialmente con las ondas electromagnéticas (luz visible, infrarrojos, ultravioleta, rayos X, etc.) y las ondas sonoras (así como las ondas de ultrasonido).

Fenómenos oscilatorios

Un fenómeno oscilatorio corresponde a la variación de una magnitud física a ambos lados de un valor de equilibrio (como el péndulo de un reloj que oscila a ambos lados de la posición vertical). Cuando un fenómeno de este tipo se mantiene gracias a una aportación de energía externa o cuando se estudia durante un periodo de tiempo lo suficientemente corto como para que la disipación de energía sea despreciable, puede considerarse periódico.

La publicación de un periódico

Dependiendo de si es diario, semanal o mensual, un periódico estará disponible para la venta (a menos que ocurra algo inesperado) cada día, cada semana o cada mes. ¡Pero cuidado, aquí es «la publicación» la que es periódica y no el periódico en venta ya que su contenido cambia!

La sucesión de días en la tierra

Esta sucesión se debe a la rotación de la Tierra sobre sí misma y se reproduce a intervalos de tiempo constantes. Sin embargo, se distingue entre el día sideral, que se produce durante una rotación completa de 360° de la Tierra (dura 23 h 56 min y 4 s), y el día solar, que se produce entre dos pasadas sucesivas del Sol por el mismo meridiano terrestre (dura 24 h).

El ciclo de las fases lunares

La Luna muestra una parte variable de su cara iluminada y las diferentes figuras lunares que observamos constituyen sus fases. Estas fases se repiten periódicamente (aproximadamente cada 29,5 días) tras una revolución completa de la Luna alrededor de la Tierra. En general, cualquier revolución de un astro alrededor de otro es un fenómeno periódico.

El horario de un estudiante de secundaria

Durante el año escolar (excluyendo los días festivos, las huelgas, las ausencias, los viajes escolares, etc.), cada lección de una determinada asignatura tiene lugar cada semana a la misma hora con el mismo profesor. Tenga en cuenta que, de nuevo, no son las clases en su conjunto las que son periódicas (ya que su contenido cambia), sino su conducta.

La visualización de los diferentes colores de un semáforo

En determinadas franjas horarias, la sucesión de colores se realiza en intervalos de tiempo constantes, por lo que la repetición de secuencias que comprenden una sucesión de una luz verde, una luz naranja y luego una luz roja es periódica.

Elecciones presidenciales

Salvo imprevistos (dimisión del presidente, golpe de Estado, fallecimiento, etc.) la celebración de elecciones es periódica y se produce en Francia (en pocos días) cada 5 años. También en este caso es la organización de las elecciones la que es periódica y no el electrón en su conjunto, ya que los candidatos y los votantes no son todos iguales.

Fenómenos no periódicos

Definición de Fenómenos no periódicos

Un fenómeno es no periódico (a veces se utiliza el término «aperiódico») si no es periódico

En general, los fenómenos pueden considerarse no periódicos si son:

  • Puntuales, es decir, que no se repiten
  • Que se repiten a intervalos de tiempo variables
  • Que se repiten de forma diferente
  • Que implican la noción de azar o parámetros aleatorios (el tiempo, los números de la lotería, etc.)
  • Que dependen de una decisión humana
  • Que en cada repetición amplifica una diferencia (con una amplitud creciente o decreciente, por ejemplo)

Fenómenos pseudoperiódicos

Se trata de fenómenos que se repiten a intervalos constantes pero cuya amplitud disminuye progresivamente debido a la disipación de energía (que puede deberse a la fricción de fluidos o sólidos o al efecto Joule).