LE ONDE nella Fisica classica

LE ONDE nella Fisica classica
Le onde costituiscono un trasporto di energia da un punto a un altro, senza spostamento di materia.
Caratteri principali:
Lunghezza d’onda: Distanza percorsa dall’onda durante una oscillazione
Periodo: Tempo impiegato dall’onda a compiere una oscillazione
Frequenza: Numero di oscillazioni compiute in un secondo
Ampiezza: Massimo spostamento dell’onda dalla posizione di equilibrio
Velocità di propagazione: Dipende dal tipo di onda e dal mezzo in cui si propaga
Onde nella Fisica classica
Onde meccaniche (necessitano di un mezzo per propagarsi. Es.: onde marine)
Onde elettromagnetiche (si propagano anche nel vuoto. Es.: luce)
Onde trasversali (oscillano ad angolo retto rispetto alla direzione in cui si propagano. Es.: luce)
Onde longitudinali (oscillano nella stessa direzione in cui si propagano. Es.: suono)
Onde meccaniche: LE ONDE SONORE
Le onde sonore sono onde meccaniche con frequenza compresa fra 20 Hz e 20 000 Hz: tale è l'intervallo
udibile dall'orecchio umano. All'aumentare della frequenza aumenta l'altezza del suono. Onde di frequenza
inferiore a 20 Hz si dicono infrasuoni, se superiore a 20 000 Hz ultrasuoni.
Il suono è costituito da onde longitudinali generate da un oggetto che vibra (la sorgente sonora), come la
corda di una chitarra, le corde vocali umane o la membrana di un altoparlante.
Il suono può essere generato e trasmesso solo in un mezzo materiale: nel vuoto nessun suono può
propagarsi.
Onde meccaniche: LE ONDE SISMICHE
Sono onde meccaniche che si propagano attraverso il globo terrestre generate da un terremoto, da attività
vulcanica o artificialmente ad opera dell'uomo tramite un'esplosione o un'altra forma di energizzazione del
terreno.
Tracciato di un’onda sismica su un sismografo
Onde P (longitudinali)
Si propagano più velocemente
e in ogni mezzo
Onde S (trasversali)
Sono più lente e non
attraversano i fluidi
Ipocentro: punto sotto la crosta terrestre da cui il sisma ha origine
Epicentro: punto sulla superficie terrestre posto sulla verticale dell’ipocentro.
Onde meccaniche: LE ONDE DEL MARE
A parte i casi di tsunami
dovuti a eventi estremi, le
onde si originano al largo,
principalmente a causa del
vento che soffia sulla
superficie del mare. Il
processo è lento e ha
bisogno di tempo e spazio
per svilupparsi.
Partendo da una superficie
del mare piatta, il vento
inizia a trascinare gli strati
superiori
per
effetto
dell’attrito.
Se il vento aumenta e continua con la sua azione di trascinamento, l’onda tende ad aumentare in altezza;
ma il fenomeno non può crescere in modo indefinito: c’è una pendenza limite oltre la quale l’onda frange.
Questo processo aumenta l’efficienza di trasferimento di energia tra atmosfera e mare, portando
progressivamente a onde più lunghe e più alte.
Quando si avvicinano a riva e la profondità del mare diventa inferiore alla lunghezza d’onda, non possono
più propagarsi con la stessa velocità con cui si diffondono in mare profondo. Esiste una velocità limite oltre
la quale non possono andare. La riduzione della velocità implica una crescita dell’ampiezza e della
pendenza: raggiunto il valore di pendenza si ha il frangimento. Se la riduzione della profondità è repentina,
l’aumento dell’altezza d’onda diventa notevole e il conseguente frangimento è particolarmente violento,
portando alla dissipazione di tutto il contenuto energetico dell’onda.
Onde Elettromagnetiche: LO SPETTRO
Sono onde trasversali, costituite dall’oscillazione di campi Elettrici e Magnetici perpendicolari tra loro.
La velocità di propagazione di queste onde è pari a C (velocità della luce = 300 000 km/s)
Le onde EM vengono classificate, in base alla frequenza, in alcune categorie:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Onde radio / microonde
Raggi Infrarossi
Luce visibile
Raggi Ultravioletti
Raggi X
Raggi Gamma (γ)
Raggi cosmici
All’aumentare della frequenza (in figura, spostandoci da sinistra a destra) aumenta anche l’energia
trasportata dall’onda.
Onde Elettromagnetiche: LA LUCE
Il termine luce (dal latino lux) si riferisce alla porzione dello spettro elettromagnetico visibile dall'occhio
umano, approssimativamente compresa tra 400 e 700 nanometri (nm) di lunghezza d'onda, ovvero tra 790
e 435 TeraHertz (THz) di frequenza.
1 nanometro = 1 miliardesimo di metro = 10-9m
1 TeraHertz = 1000 miliardi di oscillazioni al secondo
LUCE VISIBILE
Effetto di un prisma sulla luce bianca:
questa si scompone nelle sue diverse
componenti cromatiche (spettro della
luce visibile), perché il prisma le devia
con angoli diversi rispetto alla direzione
originale di provenienza.
Onde Elettromagnetiche: MA COSA VIBRA REALMENTE?
In un’onda elettromagnetica a vibrare non è un materiale come l’aria (onde sonore) o il terreno (onde
sismiche), ma sono due campi: quello elettrico e quello magnetico, tra loro perpendicolari.
Un campo elettromagnetico è una sorta di perturbazione nello spazio: se le cariche elettriche che lo
generano sono accelerate si producono onde che viaggiano alla velocità della luce.
Nelle figure sottostanti, due esempi di campi costanti nel tempo:
Campo elettrico statico (due cariche opposte)
Campo magnetico statico (calamita)
L’INTERFERENZA
È un fenomeno che si verifica quando due o più onde si incontrano in uno stesso punto:
L’interferenza può essere costruttiva (se la cresta di un’onda incontra quella dell’altra, l’energia si rafforza
in quel punto) o distruttiva (se l’incontro avviene tra una cresta e un valle, l’energia si smorza)