Onde

Le onde in fisica sono una forma di trasmissione di energia. Classicamente, le onde sono le oscillazioni causate dalla trasmissione di energia attraverso un mezzo. Poiché le onde sono definite semplicemente come una trasmissione di energia sotto forma di oscillazione, esistono molti tipi diversi di onde, come le onde elettromagnetiche, le onde dell'acqua o le onde gravitazionali.

Cosa sono le onde progressive e stazionarie?

Possiamo dividere le onde in onde stazionarie e onde progressive. Le onde stazionarie non si propagano perché oscillano su e giù nello stesso punto. Un esempio è rappresentato dalle corde della chitarra quando la si suona. Le onde progressive si spostano da un luogo all'altro. Un classico esempio di onda progressiva sono le onde dell'oceano.

Fig. 1 - Un’onda progressiva si muove da un luogo a un altro.

Fig. 2 - Un’onda stazionaria non si muove, le onde progressive sono oscillazioni che avvengono in un punto fisso dello spazio, come mostrato nella figura.

Rappresentazione di onde semplici

Per rappresentare le onde semplici, usiamo le funzioni seno e coseno, che hanno un andamento ciclico. Queste funzioni si trovano in tutta la matematica legata alle onde.

Fig. 3 - Le funzioni seno e coseno sono usate per rappresentare onde semplici per via del loro andamento oscillatorio.

Le funzioni seno e coseno descrivono alcune proprietà e caratteristiche che ci aiutano a comprendere le onde:

• Ampiezza: l’altezza dell’onda sul piano di riposo. Se è positiva, si tratta di una cresta; se è negativa, di un ventre.

• Cresta: il massimo di ampiezza di un’onda dalla posizione di riposo.

• Ventre: il minimo di ampiezza misurato dalla posizione di riposo.

• Lunghezza d’onda: la lunghezza di un’onda misurata da una cresta a quella successiva, è indicata con il simbolo \(λ\) ed è misurata in metri nel Sistema Internazionale.

• Ampiezza picco-picco: indicata dal simbolo \(H\) e misurata in metri nel Sistema Internazionale, è la distanza verticale tra una cresta e un ventre.

• Periodo: il tempo che un’onda impiega a ripetere la sua oscillazione, è indicato con il simbolo \(T\) e misurato in secondi.

• Frequenza: il numero di volte in cui l’onda si ripete un intervallo di tempo di un secondo, è indicato con il simbolo \(f\) e viene misurata in hertz.

• Velocità d’onda: la velocità con cui un’onda si muove, è indicata con il simbolo \(v\) e misurata in m/s.

Fig. 4 - Due parametri molto importanti di un’onda sono la sua ampiezza picco-picco (\(H\)) e lunghezza d’onda \(\lambda\)).

Esempi di onde in natura

Poiché le onde rappresentano una forma di trasmissione di energia, si possono trovare ovunque: nei materiali solidi, nei fluidi, nell'aria o nel vuoto dello spazio. Questi sono alcuni esempi di onde:

• Onde del vento: le onde che si vedono sulla spiaggia o nell'oceano sono create dal vento che soffia sulla superficie dell'oceano.

• Onde sonore: vibrazioni che sono il prodotto di onde meccaniche che si muovono nell'aria. La fonte delle vibrazioni è un oggetto che si muove ad alta velocità, come una corda di chitarra.

• Onde sismiche (terremoti): si verificano nei solidi e sono onde meccaniche prodotte dallo spostamento delle placche tettoniche.

• Onde vibratorie: prodotte dal movimento di un materiale, sono simili alle onde sismiche e si muovono anch'esse nei solidi.

• Onde gravitazionali: sono il prodotto di masse che si muovono nello spazio.

Onde che trasportano massa

Quando le onde sono progressive in natura, si spostano da un luogo all'altro, come nel caso delle onde marine. Tuttavia, le onde marine portano con sé anche l'acqua. Le onde progressive possono verificarsi anche nell'atmosfera e trasportare massa sotto forma di particelle e polveri.

Trasporto di energia nelle onde

Le onde progressive, quindi, possono trasferire non solo massa ma anche energia. In particolare, trasportano energia cinetica quando si muovono in un mezzo, facendolo vibrare verso l'alto e verso il basso. Ne sono un esempio le onde oceaniche, sonore e sismiche. Il trasferimento di energia, che è parallelo al movimento dell'onda, è facilmente visibile quando le onde si spostano da un luogo all'altro.

Onde meccaniche nei solidi

Le onde possono comparire anche nei materiali solidi, nel qual caso agiscono come onde sismiche. Queste onde trasportano energia solo all'interno del materiale. Se, ad esempio, si rovescia un tavolo, si possono sentire le vibrazioni all'interno del tavolo con le mani. Queste vibrazioni sono onde sismiche che si propagano attraverso il solido.