Onde stazionarie e progressive

Le onde sono oscillazioni di energia che si muovono nello spazio. Lo spazio in cui si muovono le onde può essere un solido, un gas o un fluido. Alcune onde possono anche propagarsi nel vuoto dello spazio come onde elettromagnetiche.L'oscillazione delle onde può spostarsi da un luogo all'altro, proprio come le onde dell'oceano che si propagano dal mare alla spiaggia. Le onde che si spostano da un luogo all'altro sono chiamate onde progressive. Le onde progressive hanno una velocità, mentre le onde stazionarie no.

Fig. 1 - Le onde dell'oceano sono un esempio di onde progressive che si spostano da un luogo all'altro.

Le onde possono anche apparire e scomparire in un unico punto, come ad esempio la vibrazione di un tamburo che si muove verso l'interno e verso l'esterno. Queste oscillazioni fisse sono onde stazionarie, che non si muovono nello spazio, anche se variano nel tempo.

Onde progressive definizione

Le onde progressive hanno due caratteristiche principali:

• Le onde progressive possono trasportare energia.
• Le onde progressive possono trasportare massa.

Le onde dell'acqua sono un esempio di onde progressive che trasportano energia e allo stesso tempo massa. Infatti, quando le onde marine si muovono nell'oceano, spostano lentamente l'acqua da un luogo all'altro.Le onde meccaniche, invece, trasportano solo energia senza trasportare alcuna massa. I movimenti sismici sono un esempio di onde meccaniche. Quando queste onde si muovono all'interno di un solido, come il pavimento durante un terremoto moderato, trasmettono solo energia sotto forma di vibrazioni all'interno dei solidi in cui si muovono.

Onde progressive che trasportano massa

Le onde progressive possono trasportare lentamente la massa in un processo noto come trasporto di massa. Un esempio è dato dalle onde d'acqua, che sono il prodotto del vento che soffia sull'oceano. Il vento spinge le particelle d'acqua sulla superficie del mare, creando piccole ondulazioni. Queste piccole onde si ingrandiscono se il vento continua a spingere e iniziano a muoversi nella direzione del vento.

Fig. 3 - Le onde dell'oceano si muovono nella direzione del vento che le spinge.

Le particelle d'acqua al di sotto dell'onda iniziano a muoversi in modo leggermente circolare, avanzando lentamente, dando così inizio al trasporto di massa.

Fig. 4 - Le onde dell'oceano muovono l'acqua in un processo conosciuto come trasporto di massa.

Onde progressive che trasportano solo energia

Le onde progressive si possono trovare anche nei solidi, come nel caso delle onde sismiche. Le onde sismiche si verificano quando le vibrazioni si muovono attraverso un solido sotto forma di onde meccaniche. Tuttavia, qualsiasi vibrazione può causare onde meccaniche nei solidi, non solo le onde sismiche.Poiché i solidi sono compatti, le particelle che li compongono non si muovono. Al contrario, vibrano sul posto mentre le onde meccaniche attraversano il solido. Il solido vibrante trasmette quindi le onde senza muovere alcun materiale.

Onde stazionarie definizione

Le onde stazionarie non si spostano da un luogo all'altro, ma sono fissate nello spazio da quello che viene chiamato "nodo". I punti in cui sono attaccate le corde di una chitarra sono esempi di nodi.

I nodi non si muovono verso l'alto e verso il basso, ma segnano l'inizio e la fine delle onde. I nodi d'onda sono quindi punti fissi che non cambiano, né vibrano con l'onda.

Onde stazionarie, armoniche e nodi

Poiché le onde stazionarie si muovono verso l'alto e verso il basso tra due nodi, la vibrazione di una singola onda tra questi nodi è chiamata prima armonica.

Fig. 5 - Prima armonica di una corda vibrante.

Se si inserisce un altro nodo tra i primi due nodi, si ottiene una seconda armonica.

Fig. 6 - Seconda armonica di una corda vibrante.

Se si aggiunge un altro nodo, si ottiene una terza armonica.

Fig. 7 - Terza armonica di una corda vibrante.

Poiché le armoniche vibrano a una distanza minore, la loro vibrazione richiede meno tempo. Questo fa sì che le loro frequenze siano più alte. Come si vede dalle figure, un'armonica è un multiplo della frequenza originale.

Il numero di armoniche è pari al numero totale di nodi tra i nodi fissi all'inizio e alla fine dell'onda più uno.