Onde e suono

Abbiamo già trattato il comportamento di un singolo oscillatore nella sezione del moto armonico. In questa sezione prenderemo in considerazione cosa succede con più oggetti che oscillano legati tra di loro: la loro oscillazione provoca una perturbazione che viaggia, a cui diamo il nome di onda. Queste serie di oscillatori ci permettono di studiare fenomeni nuovi come ad esempio le onde su una corda, le onde nell’acqua e il suono. Le onde si propagano con una ben precisa velocità che dipende dal mezzo in cui viaggiano. Un’altra informazione importante riguardo alle onde è che esse trasportano energia: ad esempio, il suono che emettiamo quando parliamo trasporta energia che mette in vibrazione il timpano di un’ altra persona: parte di quest’energia viene trasformata in energia elettrica e, trasportata fino al cervello, viene interpretata e crea la sensazione dell’udito. Infine è molto interessante esaminare i moti dei singoli componenti di un’onda: ad esempio, la ola in uno stadio è un ottimo esempio: quest’onda umana si propaga agli spettatori più vicini con una velocità ben definita, anche se i suoi singoli componenti rimangono fermi al loro posto.

Le categorie di onde più facili da trovare sono:

onde longitudinali

•Onde trasversali, dove lo spostamento delle singole particelle è perpendicolare alla direzione di propagazione dell’onda. Un chiaro esempio di onda trasversale è quella che si propaga su una corda legata a un estremo.


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•Onde longitudinali, dove le singole particelle si propagano nella stessa direzione dell’onda: è quanto accade con il suono, che si propaga attraverso una serie di compressioni e rarefazioni, che sono rispettivamente insiemi di molecole ravvicinate e insiemi di molecole distanziate.

Tuttavia, anche se ogni molecola segue la direzione dell’onda, essa non viaggia con l’onda, bensì oscilla intorno a una certa posizione nello spazio.


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•Onde nell’acqua, quelle create da un sassolino gettato in un lago e che si propagano come cerchi concentrici con centro il punto dove è affondato il sassolino. Lo studio del moto delle molecole d’acqua è più complesso, in quanto è una combinazione di onde trasversali e longitudinali.


Ci sono anche altri tipi di onde, come quelle elettromagnetiche, che possono propagarsi nel vuoto dove viaggiano a circa 300’000 km/s, onde di Kelvin-Helmholtz, che possono essere rilevate dalla forma delle nuvole e sono causate da strati di atmosfera che si muovono a velocità differenti e altre ancora…

Gli elementi caratteristici di un’onda sono poi i punti di massimo spostamento verso l’alto, che hanno il nome di creste e quelli di massimo spostamento verso il basso, i ventri.

 onda

Chiamiamo poi λ la distanza tra una cresta e la successiva. Come abbiamo fatto nella sezione del moto armonico definiamo la frequenza di un onda come:

\displaystyle {{f}_{onda}}=\frac{1}{T}

Quindi, se un’onda percorre una distanza λ in un tempo che coincide con il suo periodo e applicando la definizione di velocità troviamo che:

\displaystyle v=\frac{\lambda }{T}=\lambda f

Lo stesso suono è un’onda e la sua velocità nell’aria a 25° è 343 m/s. La sua velocità dipende soprattutto dal materiale in cui il suono si sta propagando e dalla temperatura del materiale. Ad esempio la velocità del suono nell’aria è pari a 331 m/s. La diminuzione di velocità del suono con un abbassamento di temperatura si spiega con il fatto il suono dipende dalla velocità di compressione e rarefazione delle molecole dell’aria e siccome la velocità delle molecole è minore con temperature più basse, come conseguenza la velocità del suono diminuisce. Il suono non è nient’altro che una vibrazione delle molecole nell’aria che oscillando trasmettono il loro moto alle particelle vicine mediante una variazione di pressione: in questo modo si propaga un’onda longitudinale, che noi chiamiamo suono.