L'onda

Definizione: L'onda è una perturbazione che si propaga nello spazio, trasportando energia senza che vi sia trasporto di materia.

Un'onda è prodotta da una sorgente, che produca una perturbazione nello spazio che la circonda.

Tipi di onde ONDA ELASTICA: un'onda viene chiamata elastica, quando si propaga grazie alle proprietà elastiche del mezzo.

ONDA TRASVERSALE: un'onda viene detta trasversale, se le particelle del mezzo oscillano perpendicolarmente alla direzione di propagazione

ONDA LONGITUDINALE: un'onda viene detta longitudinale, se le particelle del mezzo oscillano nella stessa direzione nella quale si propaga l'onda.

ONDE SULL'ACQUA: le onde sull'acqua risultano dalla combinazione di un moto trasversale e di uno longitudinale: insomma tutti i "volumetti" d'acqua della superficie si muovono descrivendo una traiettoria circolare. Man mano che si scende più a fondo, i volumetti d'acqua compiono circonferenze con raggi sempre più piccoli.

L'equazione delle onde armoniche

Presa ad esempio una corda, ne scelgo un punto, esattamente il punto all'inizio. Rappresento graficamente il suo spostamento y al variare del tempo. Il grafico è rappresentato da una funzione del tipo

Y = a cos2 t

Suppongo ora che la perturbazione prodotta all'inizio si propaghi con una velocità v. Essa dunque raggiunge un altro punto della corda, distante x dall'origine, dopo un intervallo di tempo t' = x / v

Perciò, in un generico istante t il punto di coordinata x ha uno spostamento y uguale a quello che aveva il punto all'inizio della corda, t' secondi prima. Il moto del punto più lontano, dunque, deve essere rappresentato dall'equazione:

y = a cos (t - t')

cioè

y = a cos(t - x / v)

Tenendo conto della definizione  = v

L'equazione delle onde armoniche è:

y = a cos (t / - x /)

Le caratteristiche delle onde

• Lunghezza d'onda (): In un periodo () di oscillazione la perturbazione avanza in modo da descrivere esattamente un'onda completa. In un periodo T la perturbazione, che si muove di velocità v, si propaga di una lunghezza d'onda.

= v

• Ampiezza: Il coefficiente a è l'ampiezza dell'onda. Poiché i valori estremi assunti da y sono a e -a, questo parametro assume il significato di massima variazione della grandezza y rispetto al valore d'equilibrio.

• Fase: L'argomento della funzione coseno nell'equazione dell'onda armonica, vale a dire l'espressione

t /  - x /

prende il nome di fase.

• Pulsazione e frequenza: , che rappresenta la pulsazione del moto di ciascun punto interessato all'onda, è detta pulsazione dell'onda, e talvolta, frequenza angolare.

La sovrapposizione / L'interferenza

• La sovrapposizione: Allorchè due onde si incrociano, passando per lo stesso punto, nella maggior parte dei casi si attraversano senza disturbarsi. Ciò che avviene è in sostanza questo: Le oscillazioni causate da ciascuna onda si sommano fra loro e la perturbazione che ne risulta è data dalla somma delle perturbazioni che ciascuna onda produrrebbe singolarmente. Si comportano così : le piccole oscillazioni, i mezzi perfettamente elastici, le onde elettromagnetiche.
• L'interferenza: Due o più onde che si sovrappongono in una stessa zona dello spazio danno luogo a fenomeni di interferenza. Si può avere un'interferenza costruttiva (quando gli effetti delle onde si potenziano) o un'interferenza distruttiva ( quando gli effetti si contrastano).

RIFLESSIONE

LEGGE: Il raggio incidente, il raggio riflesso e la normale (=perpendicolare) alla superficie riflettente nel punto di incidenza giacciono tutti sullo stesso piano.

LEGGE: L'angolo che il raggio incidente forma con la normale è uguale all'angolo che il raggio riflesso forma con la normale.

RIFRAZIONE: Quando un'onda passa attraverso la superficie di separazione tra mezzi diversi, caratterizzati da una diversa velocità di propagazione, la sua direzione muta. Questo fenomeno viene detto rifrazione.

LEGGE:Il raggio incidente, il raggio riflesso e la normale alla superficie di separazione dei due mezzi giacciono sullo stesso piano.

LEGGE: il rapporto fra i seni dei due angoli, di incidenza e di rifrazione, è costante.

DIFFRAZIONE: Quando un'onda passa attraverso una apertura in un ostacolo non viene mai tagliata in modo netto ai suoi bordi: parte dell'onda si inclina infatti verso i bordi cosicchè la traccia dell'ostacolo risulta sfumata. A questo fenomeno si dà il nome di diffrazione.

L'entità della diffrazione dipende dalle dimensioni dell'apertura relativamente alla lunghezza d'onda. Se l'apertura non è molto più grande della lunghezza d'onda, il fenomeno è vistoso e l'onda all'uscita dell'apertura sembra quasi prodotta da una sorgente puntiforme collocata nell'apertura stessa. Se invece questa è grande rispetto alla lunghezza d'onda. Al di là della barriera si crea una regione d'onda, i bordi della quale sono sempre un po' sfumati.