Introduzione alle onde
Prof. Daniele Ippolito
Liceo Scientifico “Amedeo di Savoia” di Pistoia
Cos'è un'onda?
Un'onda è una perturbazione propagata nello spazio.
Classificazione in base alla perturbazione e al mezzo di propagazione
1) Onde meccaniche
Seguono le leggi di Newton e si propagano attraverso un mezzo materiale, di cui sfruttano le proprietà elastiche.
Onde marine Onde elastiche
Onde sonore Onde sismiche
2) Onde elettromagnetiche
Si propagano anche nel vuoto, dove viaggiano alla velocità della luce c.
Onde luminose Onde radio
3) Onde di materia
Louis De Broglie scoprì nel 1924 che tutte le particelle fondamentali (elettroni, protoni, neutroni, ecc.) si muovono come onde.
Classificazione in base alla direzione delle vibrazioni
1) Onde trasversali
Le vibrazioni sono perpendicolari alla direzione di propagazione.
Esempi:
onde
elettromagnetiche onde sismiche secondarie
onde in una corda oscillante
2) Onde longitudinali
Le vibrazioni sono parallele alla direzione di propagazione.
Esempi:
onde sonore onde sismiche primarie
onde elastiche di pressione
Classificazione in base alla forma dell'onda
Un fronte d'onda è un insieme di punti di un'onda che, allo stesso istante, hanno lo stesso spostamento rispetto alla posizione di equilibrio.
In un mezzo omogeneo e isotropo, la direzione di propagazione di un'onda è perpendicolare rispetto ai suoi fronti d'onda.
La forma dei fronti d'onda dipende dalla perturbazione e dalla geometria del mezzo in cui si propaga.
1) Onde sferiche
È la forma delle onde sonore o di quelle luminose.
A grande distanza dalla sorgente, i fronti d'onda si possono approssimare come piani.
2) Onde circolari
Sono onde che si possono ottenere, ad esempio, facendo cadere gocce d'acqua in una vasca.
3) Onde piane
Si possono ottenere, ad esempio, facendo cadere un'asta rigida in una vasca.
Onde periodiche
Sono onde in cui i punti del mezzo in cui l'onda si propaga si muovono di moto periodico. In genere, si ha un'onda periodica quando la perturbazione è periodica.
In particolare, se i punti del mezzo si muovono di moto armonico attorno alla posizione di equilibrio, abbiamo un'onda armonica.
Caratteristiche di un'onda periodica
fotografia dell'onda in un istante fissato
La lunghezza d’onda (λ) è la distanza tra due fronti d'onda consecutivi, ad esempio tra due creste consecutive.
andamento delle vibrazioni di un punto fissato
L’ampiezza (A) dell’onda è lo spostamento massimo dalla posizione d’equilibrio di un punto del mezzo in cui si propaga l’onda.
Il periodo (T) è l’intervallo di tempo in cui viene compiuta un’oscillazione completa.
Il periodo e la frequenza (f) sono legati dalla relazione:
Equazione di un'onda armonica che si propaga nel verso positivo delle x:
y (x,t) = A sen (kx – ωt)
k è il numero d'onda angolare ω è la pulsazione
y (x,0) = A sen(kx) y (0,t) = - A sen (ωt)
