Onde progressive

Le onde del mare che si scontrano contro la mareggiata, le onde di pressione che ci permettono di sentire i suoni, le onde di un terremoto che si propagano nel terreno. Tutti questi sono esempi di onde progressive. Ma cosa sono, come funzionano e come differiscono dalle onde stazionarie? Vediamolo insieme!

Onde progressive: definizione

Le onde progressive sono oscillazioni prodotte dal trasferimento di energia da un luogo all'altro. Si distinguono dalle onde stazionarie perché progrediscono (si muovono) nello spazio.

Fig. 1 - Le onde dell'oceano sono un esempio di onda progressiva.

Le oscillazioni prodotte dalle creste e dagli avvallamenti dell'onda si spostano da un punto all'altro. Si può pensare a questi movimenti come alla propagazione o alla progressione dell'onda dal punto A al punto B. Le creste sono i punti di massima altezza, mentre gli avvallamenti sono i punti più bassi dell'onda.

Onde progressive: esempi

Le onde progressive si verificano in natura quando un oggetto oscilla e produce onde che si muovono nello spazio. Lo spazio può essere un liquido, un gas, un solido o il vuoto. Vediamo qualche esempio di onde progressive e di mezzo attraverso cui si propagano:

• Onde che si muovono attraverso un liquido, ad esempio le onde dell'oceano, generate dal vento.
• Onde che si muovono attraverso un gas, ad esempio il suono che si muove nell'aria.
• Onde che si muovono attraverso un solido, ad esempio le onde meccaniche che si muovono nel terreno dopo un terremoto.
• Onde che si muovono nel vuoto, ad esempio le onde elettromagnetiche come la luce del sole.

Onde progressive: proprietà

Quando le onde progressive si spostano da un punto all'altro, le ondulazioni si ripetono se le onde vengono prodotte costantemente. Le quattro caratteristiche principali di un'onda progressiva sono la lunghezza d'onda, il periodo, la frequenza e la velocità.

Onde progressive: lunghezza d'onda

La lunghezza d'onda definita come la distanza che separa l'inizio dalla fine dell'onda.

Fig. 2 - La lunghezza d'onda \(\lambda\) è la distanza tra l'inizio e la fine di un ciclo di una stessa onda.

La lunghezza d'onda di un'onda progressiva è legata alla sua energia. La quantità di energia varia a seconda della natura dell'onda. Nelle onde elettromagnetiche, lunghezze d'onda minori indicano energie maggiori, mentre lunghezze d'onda maggiori indicano energie minori.

Onde progressive: periodo

Quando le onde si spostano da un punto all'altro, l'onda si ripete se l'oscillazione non varia nel tempo. Il tempo impiegato da un'onda per ripetersi nello stesso punto è chiamato periodo, definito come il tempo che intercorre tra due creste o due depressioni. Si misura in secondi (\(s\)).

Fig. 3 - Il tempo impiegato da un'onda per spostarsi tra i punti che ne segnano l'inizio e la fine (punti verdi) è il periodo dell'onda. Questo può essere calcolato come la differenza di tempo tra i momenti \(t1\) e \(t2\): \(t2-t1 = T\).

Onde progressive: velocità d'onda

Se dividiamo la lunghezza d'onda per il periodo dell'onda, otteniamo il tempo necessario all'onda per avanzare nello spazio. Questa quantità è detta velocità di propagazione dell'onda, o velocità d'onda, \(v\) e si misura in \(m/s\).

\[c = \frac{\lambda}{T}\]

Onde progressive: frequenza

L'inverso del periodo dell'onda ci dice quanto tempo impiega l'onda a ripetersi in un secondo. Se la frequenza è 1, l'onda impiega 1 secondo per ripetersi. Se è inferiore a 1, l'onda è più veloce, mentre se è maggiore di 1, l'onda è più lenta. La frequenza è l'inverso del periodo e si misura in Hertz (\(Hz\)).

\[f = \frac{1}{T}\]

Onde progressive: misura delle proprietà

Per misurare le proprietà di un'onda progressiva, abbiamo bisogno di un punto di riferimento. Le proprietà relative alla lunghezza d'onda e all'altezza d'onda hanno bisogno di punti di riferimento sull'asse orizzontale e verticale, mentre per misurare le proprietà relative ai cicli d'onda, dobbiamo prendere in considerazione il tempo impiegato dall'onda per spostarsi da un punto all'altro.

Onde progressive: misurare la lunghezza e altezza di un'onda

Per misurare la lunghezza d'onda, dobbiamo fissare un punto sull'asse orizzontale. Per comodità, di norma si prende una cresta, che è più facile da identificare (come abbiamo detto prima, creste e avvallamenti rappresentano le altezze massime e minime dell'onda rispettivamente). Misurando la distanza tra due massimi consecutivi, otteniamo la lunghezza d'onda \(\lambda\).

Fig. 4 - La distanza tra una cresta e quella successiva è chiamata lunghezza d'onda \(\lambda\).

Per misurare l'altezza dell'onda, dobbiamo misurare la distanza tra una cresta e un avvallamento, come mostrato in figura 5.

Fig. 5 - L'altezza dell'onda è la distanza tra creste e avvallamenti o l'altezza massima e minima dell'onda.

\[H= Max - Min\]

Metà della distanza tra la cresta e l'avvallamento dà l'ampiezza dell'onda \(A\):

\[A = H/2\]

Onde progressive: misurare il periodo e la frequenza

Per misurare le proprietà relative al ciclo dell'onda, dobbiamo misurare il tempo impiegato dall'onda per spostarsi da un punto all'altro. Anche in questo caso, dobbiamo scegliere un punto fisso: una cresta o un avvallamento sono le opzioni migliori.

Se misuriamo il tempo che intercorre tra due creste o due avvallamenti consecutivi, otteniamo il periodo dell'onda.

Fig. 6 - Il tempo che l'onda impiega per passare dal punto A al punto B ci dà un'indicazione del periodo dell'onda.