LE ONDE

Che cos è un’onda ? Poniamo un galleggiante nell'acqua, come dobbiamo intervenire per farlo muovere? Per fare ciò dobbiamo compiere un lavoro e quindi cedergli un'energia (cinetica). Ma in che modo possiamo trasferire questa energia ? Ad esempio possiamo lanciare direttamente contro al galleggiante un sasso. In questo modo è il sasso che trasporta l'energia. Oppure possiamo far cadere in acqua il sasso, questo produce una perturbazione rappresentata da una serie di onde che si allargano in modo concentrico e dopo qualche istante raggiungono il galleggiante mettendolo in movimento. In questo caso cedo energia al galleggiante senza servirmi di un corpo che la trasporti. E' l'onda che trasporta energia ma senza dar luogo ad alcun trasporto di materia. Attenzione le singole molecole d'acqua non sono state trascinate dall'onda. Ogni molecola investita dall'onda si è messa ad oscillare in direzione perpendicolare a quella di propagazione e ha comunicato tale moto alle molecole circostanti, alla fine, tale movimento oscillatorio ha raggiunto il galleggiante.

Abbiamo così scoperto che l'energia può essere trasmessa a distanza senza che sia necessaria la presenza di un corpo che la trasporti.

def 1. Si chiama onda una perturbazione in grado di trasportare energia senza trasportare materia.

Onda impulsiva Quando si dà una piccola scossa alla molla Slinky si forma una gobba che viaggia lungo la molla: si ha un’onda impulsiva o semplicemente impulso. La sorte dell’impulso all’altra estremità della molla dipende dal modo in cui essa è vincolata in quel punto. Se essa è fissata l’impulso si rifletterà e tornerà indietro capovolto.	Onda longitudinale La molla Slinky è compressa con un movimento oscillatorio della mano in direzione della lunghezza. Le spire vengono successivamente compresse e subito dopo ritornano nelle condizioni normali mentre l'onda di compressione si propaga per tutta la lunghezza della molla.	Onda sinusoidale trasversale La molla Slinky è spostata lateralmente con un movimento oscillatorio della mano in direzione perpendicolare alla lunghezza della molla; ogni particella oscilla ripetendo il movimento della mano e le deformazioni trasversali si propagano a tutta la molla.

def 3. Se la sorgente è un corpo che oscilla l'onda è detta periodica, in particolare se l'oscillazione è armonica l'onda è detta sinusoidale.

def 4. Le onde generate da una massa che oscilla si dicono elastiche o meccaniche e si propagano solo in presenza di un mezzo materiale . Nel caso del galleggiante il mezzo è l'acqua, nell'esperimento eseguito il mezzo è la molla, nel caso di un'onda di terremoto il mezzo è la terra, per un'onda sonora il mezzo è l'aria.

Nele onde meccanica l’energia è trasportata mediante una perturbazione del mezzo, che si propaga in virtù delle proprietà elastiche di quest’ultimo.

def 5. Le onde generate da una carica elettrica (elettrone, protone, ione) che oscilla si dicono elettromagnetiche e si propagano anche nel vuoto. In tali tipi di onde l’energia è trasportata da campi elettrici e magnetici che oscillano perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell’onda e che possono propagarsi nel vuoto

Poiché il moto oscillatorio è un moto accelerato (non uniforme!) possiamo dire che cariche elettriche accelerate producono onde elettromagnetiche ( onde radio, luce, raggi infrarossi, raggi ultravioletti, raggi X, raggi gamma)

Cariche elettriche diverse in condizioni diverse di accelerazione producono onde elettromagnetiche di frequenze diverse. Ad esempio, le onde radio sono emesse da antenne dove gli emettitori sono elettroni di conduzione accelerati. Le onde luminose sono generate da elettroni atomici perturbati.

def 6. Un' onda, come quella del tipo (b) del tipo è detta trasversale perché le particelle del mezzo oscillano o vibrano (il termine vibrazione sta ad indicare oscillazioni di piccola ampiezza) perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell'onda.

Ad esempio, sono trasversali le onde che si propagano nelle corde di un pianoforte. Anche le onde elettromagnetiche sono di questo tipo.

def 7. Un'onda, come quella del tipo (a) dell’esperimento proposto, è detta longitudinale perché le particelle del mezzo oscillano parallelamente alla direzione di propagazione dell'onda.

Nota: Qualsiasi tipo di onda viene emessa da un sistema oscillante che consiste in un corpo che quando viene spostato dalla sua posizione di equilibrio, tende a riassumere questa posizione per effetto di una forza di richiamo di tipo elastico, cioè del tipo F = kS.

def 8. Si chiama ampiezza A lo spostamento massimo, rispetto alla posizione di equilibrio, che subisce il corpo oscillante e le particelle del mezzo lungo la quale si propaga l'onda.

def 9. Il tempo impiegato dal sistema oscillante e dalle particelle del mezzo per compiere un'intera oscillazione si chiama periodo T e si misura in secondi.

def 10. Il numero di oscillazioni che si verificano in un secondo si chiama frequenza f e si misura in [oscillazioni /sec] = hertz (Hz). Ovviamente: (1) f = 1/T

def 11. Si chiama lunghezza d'onda l la distanza tra due creste successive ( o due ventri) di un’onda

Poiché un'onda si propaga in un mezzo omogeneo con velocità costante v, essa impiega un tempo T a percorrere uno spazio uguale alla lunghezza d'onda l e pertanto si ha che:

Essendo v = cost dalla (3) si ricava che l ed f sono due grandezze inversamente proporzionali.

Le onde sonore: Quando la frequenza di un'onda elastica longitudinale è compresa tra 20 Hz e 20000 Hz viene percepita dal senso dell'udito umano sotto forma di suono. Il suono si propaga nell'aria mediante onde di pressione dovute a zone di compressione e zone di rarefazione dell'aria create dalla sorgente che vibra (lamina di un altoparlante, corde vocali, strumenti musicali). La velocità delle onde sonore dipende dal mezzo in cui si propagano. I suoni quando hanno un'alta frequenza sono detti acuti, al contrario i suoni gravi sono quelli a bassa frequenza. I suoni con frequenza inferiore a 20Hz sono detti infrasuoni e quelli con frequenza maggiore di 20 000 Hz sono gli ultrasuoni. Il suono può propagarsi non solo nell'aria ma in qualsiasi mezzo elastico, cioè qualsiasi mezzo che sia in grado di deformarsi e oscillare quando una sorgente sonora produce in esso delle vibrazioni. Pertanto, il suono si propaga nell'acqua (v=1500 m/s) e nei solidi (v=5000 m/s, ferro) la velocità del suono nell'aria a temperatura ambiente è di 330 m/s.