Le onde: proprietà e caratteristiche

Definizione

Un'onda è un'oscillazione che trasporta energia, ma non massa, nella direzione in cui si propaga. 

Significa che, anche senza che la materia solida si sposti con evidenza da un posto ad un altro, il passaggio delle onde produce un effetto visibile, come accade con le onde del mare, con il suono o con la luce.

Classificazione delle onde

• Onde meccaniche: sfruttano il mezzo attraverso il quale si propagano, il più delle volte sono onde elastiche, cioè sfruttano l'elasticità del mezzo per diffondersi ma esaurendosi lo lasciano tornare allo stato iniziale.
  Ad esempio: quando parliamo le nostre corde vocali vibrano producendo onde sonore che si propagano nell'aria, muovendosi, le particelle dell'aria, generano il suono della voce; se si parlasse nel vuoto non si sentirebbe niente poiché le onde sonore non avrebbero nessun tipo di particelle da far muovere; rendendo impossibile produrre il suono, vuol dire che se si urlasse nello spazio non si sentirebbe niente!

• Onde elettromagnetiche: non hanno bisogno di un mezzo in cui propagarsi, ma si propagano anche nel vuoto.
  Ad esempio: la luce esiste anche nel vuoto, come nello spazio. 

Rappresentazione delle onde

Le onde sono descritte da una forma detta sinusoide: una curva dalle oscillazioni regolari e simmetriche verso l'alto e verso il basso e periodica, cioè che si ripete sempre uguale a se stessa nello spazio.

In una sinusoide: 1. i punti più alti delle sinusoidi vengono chiamate creste mentre quelli più in basso ventri, la distanza tra una cresta e il rispettivo ventre si chiama doppia ampiezza. 2. è un ventre (o gola) 3. è la distanza tra due creste consecutive che coincide con la distanza tra due ventri consecutivi, costituisce un'oscillazione completa e si chiama lunghezza d'onda che si indica con la lettera greca lambda $$\lambda$$ 4. è una cresta 5. è la distanza verticale tra una cresta o un ventre e l'asse di propagazione dell'onda e si chiama ampiezza dell'onda 6. è l'asse di propagazione dell'onda

Movimento delle particelle nel mezzo

La direzione dell'oscillazione delle particelle causate da un'onda produce la propagazione dell'energia in quella direzione, ci sono onde che trasmettono energia in senso perpendicolare alla direzione di propagazione dell'onda e si chiamano onde trasversali, oppure nella stessa direzione dell'onda se si tratta di onde longitudinali.

Onde trasversali	Onde longitudinali
Come accade se si fissa una corda ad un muro e si muove l'altro capo verticalmente, allora i punti si muovono oscillando in su e in giù ma non si spostano rispetto alla direzione di propagazione dell'onda.	Sono onde di compressione come accade con le molle: spostando avanti e indietro l'estremità di una molla si genera una compressione e un'espansione che però riporta la molla alla sua posizione di equilibrio al termine dell'operazione.

Velocità e frequenza delle onde 

Il tempo impiegato a compiere un'oscillazione intera si chiama periodo ed è indicato con $$T$$. 

La velocità di un'onda è il rapporto tra lo spazio che l'onda percorre in un'oscillazione completa e il tempo che ci impiega: $$v= \dfrac { \lambda}{T}$$ con unità di misura $$\dfrac {m}{s}$$.

La frequenza di un'onda corrisponde al numero di oscillazioni complete che un'onda è in grado di compiere in $$1$$ secondo: $$f= \dfrac {1}{T}$$ con unità di misura $$\dfrac {1}{s}$$ cioè l'hertz ($$Hz$$​).

Sintetizzando: $$v= \lambda \cdot \dfrac {1}{T} = \lambda \cdot f$$.

Esempio

Sapendo che l'asse delle ascisse (B) è il tempo espresso in secondi e che l'asse delle ordinate (A) è lo spostamento: Ampiezza $$= 0,5 \ cm$$​​ Lunghezza d'onda $$\lambda = 10 \ cm$$ (dato non fornito dall'immagine)​ Gola in $$t=5 \ s$$​​ Oscillazione completa che permette di trovare il periodo: $$T = 7 \ s - 3 \ s = 4 \ s$$​​ Allora è possibile calcolare anche la velocità tramite la frequenza: ​$$\lambda= 0,1 \ m \\T= 4 \ s \\ f = \dfrac {1}{T} = \dfrac {1}{4} \ Hz \\ v= \lambda \cdot f = 0,1 \ m \cdot \dfrac {1}{4} \ Hz = 0,025 \ \dfrac {m}{s}$$​​

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