La refracción de las ondas sísmicas

Quiero hacer un rápido repaso de la refracción. Hablaré específicamente de las ondas sísmicas,   pero los principios de la refracción, la  manera en que las cosas se refractan cuando   pasan de un medio rápido a uno lento o de un  medio lento a uno rápido, en realidad son los   mismos que verías cuando estudias las ondas  de luz o en realidad cualquier tipo de onda. Así que pensemos un poco en ello. Digamos que tengo un medio lento justo aquí y   que tengo un medio rápido justo aquí. Y pensaremos  en las ondas P, para que se trate de ondas que   pueden viajar a través de sólidos y líquidos. Y un medio lento tal vez podría ser algún   tipo de líquido, y un medio rápido  podría ser algún tipo de sólido. Dibujaré el límite justo  aquí. Si tengo una onda P,   digamos que está atravesando el agua, y  va en dirección perpendicular al límite.  Entonces continuará viajando en el medio rápido  en la misma dirección, perpendicular al límite. Viajará más rápido en el medio rápido, debido  a que el medio rápido va a ser más denso,   y las moléculas van a chocar  entre sí con mayor rapidez.  En la misma cantidad de tiempo, la reacción  en cadena puede viajar más lejos porque las   moléculas están más apretadas y rebotan más  rápido de lo que lo harían en el medio lento. De modo que es obvio que no hay refracción. La onda no se ha desviado.  Y solo como recordatorio: en general, la  refracción sucede cuando una onda se desvía.  La reflexión ocurre cuando la onda rebota y  la refracción es cuando se desvía un poco. Permítanme aclararlo. Si tengo algún límite aquí,   y tengo una onda que rebota, eso es reflexión. Pero si la onda atraviesa el límite  y se dobla un poco, es decir, su dirección cambia, eso es refracción, de eso estamos hablando. Así que claramente hasta ahora  esta onda P no ha sido refractada.  Pero si esta onda P entra en un  ángulo... hagamos que esta onda   P entre en un ángulo ¿qué va a pasar? La forma más fácil de pensar en esto,   de pensar en qué dirección será refractada,  es imaginar algún tipo de vehículo con ruedas.  Esta es la vista superior de mi vehículo. Un vehículo que viaja por este medio se  moverá lentamente, podrías verlo como   si fuera una especie de lodo, por lo que las  ruedas no tienen buena tracción aquí. Y luego,   el medio rápido tal vez es una carretera  en la que se consigue una buena tracción,   y el vehículo podrá moverse más rápido. Entonces, ¿qué va a pasar cuando  el vehículo llega al límite?  Bueno, esta rueda delantera derecha  va a llegar al medio rápido antes   que cualquiera de las otras ruedas  y conseguirá primero la tracción.  Estas ruedas del lado izquierdo del  vehículo, las ruedas que están justo aquí,   van a seguir atascadas en el lodo. Así que lo que va a pasar es que esta   rueda de aquí se moverá más rápido,  por lo que hará girar al vehículo. Estas ruedas siguen atascadas en el lodo. Y si avanzamos un poco, veremos que la   dirección del vehículo cambiará  y será una dirección como esta.  Lo mismo ocurrirá con una onda P si  se acerca al límite de esta manera.   Y algo análogo a esto sucede a nivel molecular. Puedes verlo como si fueran bolas de billar,  cuando golpean unas con otras. Bueno, no voy a entrar en eso,   porque puede llegar a ser confuso según los  diferentes casos y los diferentes límites. Pero esta es la forma más fácil de pensar  en qué dirección se refractará la onda.  Y espero que tenga sentido  para ustedes intuitivamente.  Y así, cuando se pasa de un medio  lento a uno rápido, el ángulo de   la onda P se acentúa en esa dirección. Si fuera al revés, si pasas del medio rápido   al medio lento, puedes hacer el mismo experimento  mental, digamos que tienes una onda entrando así.  Dibuja el vehículo. Visualízalo aquí,   visualiza el vehículo justo aquí. Y podrías decir que esta rueda se va   a quedar atascada en el lodo, porque el  vehículo estaba en la carretera y ahora   esta rueda es la primera en atascarse en el  lodo de modo que se va a mover más lento. Estas ruedas se pueden mover más  rápido, así que el vehículo va a girar.  Se va a refractar en una dirección como esta  cuando pasa del medio rápido al medio lento. Así que eso fue solo una introducción  a la refracción en general.  Ahora pensemos en lo que sucede cuando  las ondas sonoras viajan a través de   la Tierra. Y esto nos ayudará a conocer  cuál es la estructura real de la Tierra. Imaginemos qué pasaría si la Tierra estuviera  formada por un material uniforme y se produjera   un terremoto en este punto, tal vez  un poco por debajo de la superficie.  Se produce en la corteza, pero un  poco por debajo de la superficie.   Imaginemos entonces que la Tierra tiene una  densidad uniforme, toda del mismo material.   Y pensemos en las ondas P porque las ondas P  pueden viajar a través de cualquier material. Pensemos en cómo viajarían esas ondas P. Pues bien, irían en línea recta, porque no   hay nada que refracte las ondas P, simplemente  irían en líneas rectas radialmente hacia afuera  desde el lugar donde se produjo el terremoto. Ahora bien, en una primera aproximación,   sabemos que a medida que nos adentramos más y  más en la Tierra hay más y más roca por encima.  El peso de esa roca está comprimiendo  la roca que está por debajo de ella.  Así que cada vez las presiones son más altas  y las densidades son cada vez más altas. Esta es una Tierra uniforme, pero ahora imaginemos  una Tierra que está hecha de un único material,   una Tierra completamente sólida, pero  en la que la densidad aumenta a medida   que desciendes. Pensemos en ello  antes de pasar al caso continuo. Dado que estamos hablando de que  la densidad aumenta continuamente   a medida que vas más profundo, pensemos  primero en el caso discreto, por capas,   donde tenemos la capa menos  densa, déjenme dibujarla aquí. Digamos que esta es la superficie de la  Tierra y esta capa es la menos densa.  Luego tienes esta otra capa que es más  densa. Así que esta capa es más densa.  Y luego esta otra capa que es incluso más densa,  esta otra capa por aquí es incluso más densa.  Y vamos a hacer una capa más, hagamos  esta capa que es la más densa de todas. Entonces, la onda P, la onda sísmica,   va a viajar más rápido en el material  más denso, va a viajar más rápido aquí,   luego aquí, luego aquí. Y va a viajar más  lentamente en este material menos denso. Así que pensemos en lo que va a pasar  si viene en un ángulo, digamos que la   onda P viene en un ángulo como este. Va a pasar directamente a través del   material menos denso, voy a hacer un ángulo  ligeramente menor, digamos que es así.  ¿Qué va a pasar cuando  llegue al material más denso?  Una vez más, imaginemos el pequeño vehículo,  esta rueda podrá ir más rápido antes que las   ruedas del otro lado, así que el vehículo  se va a desviar hacia la izquierda,   hacia abajo a la izquierda, ahora va a  viajar así, ahora va a viajar algo así. Ahora, ¿qué va a pasar en este límite? Una vez más, imagina el vehículo,   esta rueda de aquí podrá ir más  rápido antes que las otras ruedas,   por lo que se desviará aún más en esa dirección. Entonces vamos a la capa más densa. Una vez más, si lo miramos desde esta perspectiva,   las ruedas de la parte inferior, se pueden  mover más rápido antes que las otras ruedas,   así que se va a desviar aún más. Como ves, a medida que pasas de un   material menos denso a uno más denso,  se va formando una curva hacia afuera. Entonces, pasemos al caso continuo. Si  tuvieras una especie de estructura continua,   donde a medida que vas bajando se  vuelve más y más densa, es decir,   esta parte es menos densa, y luego  continuamente se vuelve más densa   y esta parte de aquí abajo es la más  densa, ¿cómo se vería la refracción? Bueno, sería una curva continua, se vería así,   la onda P se refractaría constantemente  así, se curvaría hacia afuera. Así que este fue el ejemplo más sencillo  en el que la Tierra es uniforme.  Y eso es bastante fácil de descartar,   porque es obvio que las cosas se volverán más  densas hacia abajo debido a una mayor presión. Digamos que suponemos otra cosa, tenemos  una Tierra uniforme en su composición,   pero que se vuelve más densa en el centro. Entonces ¿cómo viajarían las ondas P,  o cómo viajarían las ondas sísmicas? Bien, si el terremoto sucede justo  aquí, las ondas que van directamente   hacia abajo seguirían bajando directamente,  porque sabemos que no se van a refractar si   van perpendicularmente al cambio  de medio, o al cambio de límites. Pero las ondas que tienen un ligero ángulo, a  medida que bajan, se desvían más y más y más,   y se van a refractar hacia afuera,  tal como vimos en este ejemplo. Si van en este ángulo van a ser refractadas hacia   afuera de esta manera, si van por aquí  van a ser refractadas hacia afuera así,   van a ser refractadas hacia afuera. Si están aquí van a ser refractadas   hacia afuera así, si están aquí van  a ser refractadas hacia afuera así. En los próximos videos vamos a usar esto  que acabamos de aprender sobre la refracción   de las ondas sísmicas y cómo se refractan  al atravesar material cada vez más denso. Vamos a usar toda esa información para tratar de averiguar cuál es   la composición de la Tierra  según lo que hemos observado.