LE ONDE. Tipi di onde e aspetti generali

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1 LE ONDE Tipi di onde e aspetti generali

2 Che cos è un onda? In fisica con il termine onda si indica una perturbazione che nasce da una sorgente e si propaga nel tempo e nello spazio, trasportando energia o quantità di moto senza comportare un associato spostamento della materia (moto ondoso). Dal punto di vista matematico un'onda è una soluzione dell'equazione delle onde, la cui espressione varia a seconda della tipologia di perturbazione.

3 Tipologie di Onde In base al mezzo nel quale si propagano, le onde possono essere suddivise in: Meccaniche: si propagano esclusivamente nel mezzo e sono generate da vibrazioni (sismiche, sonore, marine). Elettromagnetiche: si propagano invece nel vuoto e sono generate da campi elettrici e/o magnetici (luminose, raggi x, raggi γ).

4 In base alla durata e al tipo di propagazione, le onde, possono essere ulteriormente suddivise in: Impulsive: quando origina una perturbazione localizzata e di breve durata, che viaggia attraverso un mezzo; Periodiche: quando ogni elemento del mezzo materiale ripete lo stesso movimento ad intervalli di tempo regolari; Armoniche: (particolari onde periodiche): quando la sorgente oscilla di moto armonico e il mezzo in cui si propaga e perfettamente elastico.

5 Ulteriore suddivisione può essere fatta in base alla direzione di propagazione (raggio d onda). Nella fattispecie, distinguiamo due tipi di onde: Longitudinali: gli elementi del mezzo materiale vibrano in direzione parallela rispetto al moto dell onda; Trasversali: gli elementi del mezzo materiale vibrano in direzione perpendicolare rispetto al moto dell onda.

6 Ultima suddivisione va fatta in base alla forma del fronte d onda (insieme dei punti che vibrano concordemente ovvero l insieme dei punti che appartengono a una cresta o a una gola dell onda): Piane: ovvero quelle onde che hanno come fronte d onda una retta (onde del mare); Circolari: ovvero quelle onde che hanno come fronte d onda una circonferenza (onde generate da un sasso che cade in acqua); Sferiche: ovvero quelle onde che hanno come fronte d onda una sfera (onde sonore, le onde luminose, etc.)

7 Grandezze caratteristiche e Funzione di un onda

8 Si dice Periodo T di un onda l intervallo di tempo che un punto del mezzo materiale impiega per compiere un oscillazione completa. Il periodo T di un onda non dipende dal mezzo materiale in cui essa si propaga ma solamente dalla sorgente che vibra. Si dice Frequenza F di un onda il numero di oscillazioni che un onda compie nell unità di tempo, cioè in 1 s. Essa si misura in Hertz (Hz). La frequenza è l inverso del periodo, cioè: F=1/T Inoltre, essa dipende dalle caratteristiche della sorgente che vibra e non dal mezzo materiale nel quale si propaga l onda. Si dice Lunghezza d onda λ la distanza minima dopo la quale un onda periodica torna a riprodursi uguale a se stessa. La lunghezza d onda dipende sia dal mezzo materiale, sia dalla tipologia di sorgente che vibra. La lunghezza d onda λ può anche essere definita come la distanza tra due massimi o due minimi consecutivi, oppure la distanza percorsa da un onda in un periodo.

9 Una Funzione d onda esprime lo spostamento y dalla posizione di equilibrio di ogni punto sollecitato dall'onda. Essa dipende dal tempo e dallo spazio, cioè della posizione del punto. y (x, t) = A cos (kx - ω t +φ 0 ) Si dice Ampiezza A di un onda e la differenza tra il valore massimo della grandezza che oscilla e il valore di equilibrio. kx - ω t +φ 0 Fase d onda Formula Nome Eq. Dimensionale k = 2π/λ Numero d onda [k] = rad/m ω = 2π/T Pulsazione [ω] = rad/s Φ 0 Fase iniziale(x=0;t=0) [kx - ω t +φ 0 ] [ rad m. m - rad s. s + rad] rad rad + rad rad

10 Si dice Velocità di propagazione di un onda il rapporto tra la lunghezza d onda e il periodo, cioè: v =λ/t Poiché F= 1/T sostituendo nell espressione della velocità di propagazione si ottiene: v = λ f