Onde

Cos’è un’onda ? Un’onda è una perturbazione che si propaga trasferendo energia (non materia). Questa perturbazione è sempre caratterizzata dalla variazione di una grandezza fisica come ad esempio pressione, spostamento, intensità del campo elettrico, etc..

Trattandosi di un argomento piuttosto articolato, in questa pagina ci accontentiamo di dare una descrizione di massima a questo fenomeno naturale; in alcune pagine successive daremo delle spiegazioni maggiormente dettagliate sul comportamento delle onde.

Le onde sono un fenomeno naturale di base diffusissimo che si può manifestare in molteplici forme:
A Onde meccaniche come le onde sonore, le onde del mare, le onde sismiche; qualsiasi tipo di vibrazione meccanica in generale. Le prerogative di questo tipo di onda è che richiedono un mezzo trasmissivo materiale, deformabile, come l’aria, l’acqua o rigido come ad esempio la roccia o i materiali ferrosi.

B Onde elettromagnetiche come la luce visibile, le onde radio e televisive, le microonde per la telefonia mobile, i radar, i raggi X, i raggi ultravioletti e infrarossi. Tutte le onde elettromagnetiche viaggiano nel vuoto alla velocità massima raggiungibile che è poi la velocità della luce indicata sempre con la lettera c.

c=299.792.458 m/s

C Onde di materia : gli esperimenti di Huygens del 1690 hanno dimostrato la natura ondulatoria della luce; esperimenti successivi hanno messo in evidenza che anche elettroni e protoni e altre particelle di piccole dimensioni come atomi e molecole si possono muovere come onde. Dato che queste particelle al contrario del fotone sono dotate di massa e sono considerate i costituenti fondamentali della materia, esse possono essere chiamate onde di materia.

Onde trasversali e onde longitudinali

Le onde meccaniche si trasmettono solo attraverso mezzi materiali e sono governate dalle leggi di Newton.; le onde elettromagnetiche si possono propagare anche nell vuoto e sono governate dalle leggi di Maxwell sull'elettromagnetismo.
La prima distinzione che possiamo fare è quella tra i due principali tipi di onda: le onde trasversali e le onde longitudinali. Che differenza c'è tra le onde trasversali e le onde longitudinali ?
Le onde trasversali sono quelle in cui le particelle del mezzo (ad es.una corda) oscillano perpendicolarmente alla direzione del moto dell'onda.

Nel disegno si vede l'invio di un singolo impulso lungo una corda tesa.
Ogni punto della corda prima si alza e poi si riabbassa al transitare dell'impulso. Il moto dell'elemento considerato è perpendicolare alla direzione del moto di propagazione e perciò si tratta di un impulso di onda trasversale.

La corda può allora essere interessata da un'onda sinusoidale.

Le onde nelle quali le particelle del mezzo oscillano parallelamente alla direzione del moto dell'onda si dicono onde longitudinali.
Ogni elemento della corda oscilla continuamente in su e in giù al passaggio di ogni onda disposta trasversalmente alla direzione del suo moto.

Nel disegno si vede un'onda sonora generata da un pistone oscillante in un lungo tubo pieno d'aria. Spostando alternativamente il pistone, viene inviato un impulso sonoro nel tubo. Il rapido moto verso destra del pistone spinge a destra gli elementi di aria che gli sono vicini, variando localmente la pressione.
Questo aumento di pressione spinge a sua volta gli elementi d'aria immediatamente adiacenti lungo il tubo, e così via. Dopo che si sono spostati a destra, gli elementi d'aria ritornano indietro a sinistra. Così la variazione di pressione dovuta al moto locale dell'aria si propaga verso destra nel tubo sotto forma di impulso. Se si continua a spingere e tirare il pistone alternativamente con moto armonico semplice, come indicato, lungo il tubo si propaga un'onda sinusoidale.

Siccome i movimenti alternativi degli elementi d'aria sono paralleli alla direzione di propagazione dell'onda, questo tipo di onda viene chiamato onda longitudinale.

Alla luce di queste osservazioni diventa facile distinguere i due tipi di onda, in funzione della direzione delle oscillazioni.

Entrambe le onde trasversali e longitudinali sono dette onde di movimento perché si propagano da un'estremità all'altra del tubo, come da un capo all'altro della corda.
Notiamo tuttavia che in realtà a viaggiare è solo l'onda e non la materia (corda o aria) che costituisce il mezzo trasmissivo attraverso cui l'onda si propaga. Qui sotto un'ulteriore esempio di differenza tra i due tipi di onda dove per generare un'onda longitudinale come mezzo trasmissivo si usa una molla mentre per generare un'onda trasversale si usa una corda.

Esempi di onde longitudinali sono: onde sonore, onde sismiche.
Esempi di onde trasversali sono: onde luminose.
Le onde d'acqua sono un esempio di onde sia longitudinali che trasversali.