Le onde sono disturbi che si propagano nello spazio senza trasportare materia, solo energia.
L'elemento che provoca un'onda si chiama sorgente, ad esempio un sasso lanciato nelle acque di un fiume genererà onde circolari.
Onde circolari sulla superficie di un liquido
Esempi di onde sono: onde del mare, onde radio, suono, luce, raggi X, microonde tra gli altri.
La parte della fisica che studia le onde e le loro caratteristiche è detta ondulatoria.
Caratteristiche dell'onda
Per caratterizzare le onde usiamo le seguenti quantità:
- Ampiezza: corrisponde all'altezza dell'onda, segnata dalla distanza tra il punto di equilibrio (di riposo) dell'onda e la cresta. Si noti che la “cresta” indica il punto massimo dell'onda, mentre la “valle” rappresenta il punto minimo.
- Lunghezza d'onda: Rappresentato dalla lettera greca lambda (λ), è la distanza tra due valli o creste successive.
- Velocità: rappresentato dalla lettera (v), la velocità di un'onda dipende dal mezzo in cui si propaga. Quindi, quando un'onda cambia il suo mezzo di propagazione, la sua velocità può cambiare.
- Frequenza: rappresentato dalla lettera (f), nel sistema internazionale la frequenza si misura in hertz (Hz) e corrisponde al numero di oscillazioni dell'onda in un dato intervallo di tempo. La frequenza di un'onda non dipende dal mezzo di propagazione, ma solo dalla frequenza della sorgente che ha prodotto l'onda.
- L'andamento del tempo: rappresentato dalla lettera (T), il periodo corrisponde al tempo di una lunghezza d'onda. Nel sistema internazionale, l'unità di misura del periodo è il secondo (s).
Tipi di onde
Per quanto riguarda la natura, ci sono due tipi di onde:
- Onde meccaniche: affinché avvenga la propagazione, le onde meccaniche necessitano di un mezzo materiale, ad esempio onde sonore e onde su una corda.
- Onde elettromagnetiche: in questo caso non è necessario disporre di un mezzo materiale per la propagazione dell'onda, ad esempio onde radio e luce.
Classificazione delle onde
Secondo direzione di propagazione dell'onda, sono classificati in:
-
Onde unidimensionali: onde che si propagano in una direzione.
Esempio: onde su una corda. -
onde bidimensionali: onde che si propagano in due direzioni.
Esempio: onde che si propagano sulla superficie di un lago. -
onde tridimensionali: onde che si propagano in tutte le direzioni possibili.
Esempio: onde sonore.
Le onde possono essere classificate anche in base a direzione di vibrazione:
-
Onde longitudinali: la vibrazione della sorgente è parallela allo spostamento dell'onda.
Esempio: onde sonore
-
Onde trasversali: la vibrazione è perpendicolare alla propagazione dell'onda.
Esempio: onda su una corda.
formule
Relazione tra periodo e frequenza
Il periodo è l'inverso della frequenza.
Così:
velocità di propagazione
La velocità può essere calcolata anche in funzione della frequenza, sostituendo il periodo con l'inverso della frequenza.
Abbiamo:
Esempio
Qual è il periodo e la velocità di propagazione di un'onda che ha una frequenza di 5Hz e una lunghezza d'onda di 0,2 m?
Poiché il periodo è l'inverso della frequenza, allora:
Per calcolare la velocità usiamo la lunghezza d'onda e la frequenza, in questo modo:
Fenomeni ondulatori
Riflessione
Un'onda che si propaga in un determinato mezzo quando incontra un ostacolo può subire una riflessione, cioè invertire la direzione di propagazione.
Per riflessione, la lunghezza d'onda, la velocità di propagazione e la frequenza dell'onda non cambiano.
Un esempio è quando una persona grida in una valle e sente pochi secondi dopo l'eco della sua voce.
Attraverso la riflessione della luce possiamo vedere la nostra immagine su una superficie lucida.
Immagine riflessa nella superficie calma di un lago
Rifrazione
La rifrazione è un fenomeno che si verifica quando un'onda cambia il mezzo di propagazione. In questo caso può verificarsi una variazione del valore di velocità e della direzione di propagazione.
Le onde su una spiaggia si infrangono parallelamente alla riva, a causa del fenomeno della rifrazione. La variazione della profondità dell'acqua (mezzo di propagazione) fa sì che la direzione delle onde cambi, rendendole parallele alla riva.
Diffrazione
Le onde aggirano gli ostacoli. Quando ciò accade diciamo che l'onda è stata diffratta.
La diffrazione ci permette di ascoltare, ad esempio, una persona dall'altra parte di un muro.
Quando si attraversa un ostacolo, le onde si diffondono.
interferenza
Quando due onde si incontrano, si verifica un'interazione tra le loro ampiezze chiamata interferenza.
L'interferenza può essere costruttiva (ampiezza aumentata) o distruttiva (ampiezza ridotta).
onde stazionarie
Le onde stazionarie si verificano dalla sovrapposizione di onde periodiche uguali e da direzioni opposte.
Quando si verificano interferenze costruttive e distruttive, presentano punti che vibrano e altri che non vibrano.
Possiamo produrre onde stazionarie su una corda con estremità fisse, ad esempio sulle corde di una chitarra.
Sapere tutto su:
- Onde sonore
- Velocità del suono
- Velocità della luce
- Energia
- onde gravitazionali
- Formule di fisica
Esercizi per l'esame di ammissione
1. (ENEM - 2016)
L'elettrocardiogramma, un esame utilizzato per valutare lo stato del cuore di un paziente, è una registrazione dell'attività elettrica del cuore in un certo periodo di tempo. La figura rappresenta l'elettrocardiogramma di un paziente adulto non fumatore a riposo in un ambiente a temperatura gradevole. In queste condizioni, una frequenza cardiaca compresa tra 60 e 100 battiti al minuto è considerata normale.
Sulla base dell'elettrocardiogramma presentato, viene identificato che la frequenza cardiaca del paziente è
non normale.
b) al di sopra del valore ideale
c) al di sotto del valore ideale
d) vicino al limite inferiore
e) vicino al limite superiore
Alternativa c) al di sotto del valore ideale
2. (ENEM 2013)
Quando si viaggia in aereo, i passeggeri sono invitati a spegnere tutti i dispositivi il cui funzionamento comporta l'emissione o la ricezione di onde elettromagnetiche. La procedura viene utilizzata per eliminare le sorgenti di radiazioni che potrebbero interferire con le comunicazioni radio dei piloti con la torre di controllo.
La proprietà delle onde emesse che giustifica la procedura adottata è il fatto che
a) hanno fasi opposte
b) essere entrambi udibili
c) hanno intensità inverse
d) essere dello stesso intervallo
e) hanno frequenze vicine
Alternativa e) hanno frequenze vicine
3. (ENEM 2013)
Una manifestazione comune dei tifosi negli stadi di calcio è l'ola messicana. Gli spettatori di una fila, senza allontanarsi dal proprio posto e senza spostarsi lateralmente, stanno in piedi e siedono, sincronizzati con quelli della fila adiacente. L'effetto collettivo si diffonde tra gli spettatori dello stadio, formando un'onda progressiva, come mostrato nell'illustrazione.
Si stima che la velocità di propagazione di questa "onda umana" sia di 45 km/h e che ogni periodo di oscillazione contenga 16 persone, che si alzano e si siedono ordinatamente e distanziate di 80 cm l'una dall'altra.
In questa ola messicana, la frequenza d'onda, in hertz, è un valore più vicino a
a) 0,3
b) 0,5
c) 1.0
d) 1.9
e) 3.7
Alternativa c) 1.0
