Il moto ondoso Consiste nella propagazione di un disturbo, chiamato onda, in un mezzo materiale o anche nel vuoto, se è luce o qualsiasi altra radiazione elettromagnetica.
L'energia viaggia in moto ondoso, senza che le particelle nel mezzo si muovano troppo lontano dalle loro posizioni, poiché il disturbo le fa solo oscillare o vibrare continuamente intorno al sito di equilibrio..
E questa vibrazione è quella che viene trasmessa da una particella all'altra nel mezzo, in ciò che è noto come a onda meccanica. Il suono si propaga in questo modo: una sorgente comprime ed espande alternativamente le molecole d'aria, e l'energia che viaggia in questo modo è a sua volta responsabile della vibrazione del timpano, sensazione che il cervello interpreta come suono.
Nel caso della luce, che non necessita di un mezzo materiale, è l'oscillazione dei campi elettrici e magnetici che viene trasmessa.
Come possiamo vedere, due dei fenomeni più importanti per la vita: la luce e il suono, hanno il moto ondoso, da qui l'importanza di saperne di più sul loro comportamento..
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Le onde hanno diversi attributi caratteristici che possiamo raggruppare in base alla loro natura:
Diamo un'occhiata a una rappresentazione schematica di un'onda semplice come una successione periodica di creste e valli. Il disegno rappresenta poco più di un ciclo o ciò che è lo stesso: un'oscillazione completa.
Questi elementi sono comuni a tutte le onde, inclusa la luce e il suono..
v = λ / T
Esistono diversi tipi di onde, poiché sono classificate secondo diversi criteri, ad esempio possono essere classificate in base a:
Un'onda può essere di diversi tipi contemporaneamente, come vedremo di seguito:
Le particelle che compongono il mezzo hanno la capacità di rispondere in vari modi al disturbo, in questo modo si presentano:
Le particelle nel mezzo oscillano in una direzione perpendicolare a quella del disturbo. Ad esempio, se abbiamo una stringa tesa orizzontale che è disturbata a un'estremità, le particelle oscillano su e giù, mentre il disturbo viaggia orizzontalmente..
Anche le onde elettromagnetiche viaggiano in questo modo, indipendentemente dal fatto che lo facciano in un mezzo materiale o meno..
La propagazione viaggia nella stessa direzione delle particelle nel mezzo. L'esempio più noto è il suono, in cui il disturbo sonoro comprime ed espande l'aria mentre si muove attraverso di essa, facendo muovere le molecole avanti e indietro..
Richiedono sempre un mezzo materiale per propagarsi, che può essere solido, liquido o gassoso. Il suono è anche un esempio di onda meccanica, così come le onde che si producono nelle corde tese degli strumenti musicali e quelle che si propagano intorno al globo: le onde sismiche.
Le onde elettromagnetiche possono propagarsi nel vuoto. Non ci sono particelle oscillanti, ma campi elettrici e magnetici che sono reciprocamente perpendicolari e allo stesso tempo perpendicolari alla direzione di propagazione..
Lo spettro delle frequenze elettromagnetiche è molto ampio, ma difficilmente percepiamo con i nostri sensi una banda ristretta di lunghezze d'onda: lo spettro visibile.
A seconda della direzione di propagazione, le onde possono essere:
Se abbiamo una corda tesa, il disturbo percorre l'intera lunghezza, cioè in una dimensione. Si verifica anche quando una molla o una molla flessibile come il slinky.
Ma ci sono onde che si muovono su una superficie, come la superficie dell'acqua quando un sasso viene lanciato su uno stagno o quelle che si propagano nella crosta terrestre, in questo caso si parla di onde bidimensionali.
Infine, ci sono onde che viaggiano continuamente in tutte le direzioni dello spazio come il suono e la luce..
Le onde possono viaggiare su vaste aree, come onde luminose, sonore e sismiche. Altri invece sono limitati a una regione più piccola. Ecco perché sono anche classificati come:
-Onde in viaggio
-Onde stazionarie.
Quando un'onda si propaga dalla sua sorgente e non ritorna ad essa, hai un'onda viaggiante. Grazie a loro sentiamo il suono della musica che proviene da una stanza vicina e la luce del sole ci raggiunge, che deve percorrere 150 milioni di chilometri nello spazio per illuminare il pianeta. Lo fa a una velocità costante di 300.000 km / s.
A differenza delle onde che viaggiano, le onde stazionarie si muovono in una regione limitata, ad esempio un disturbo nella corda di uno strumento musicale come una chitarra..
Le onde armoniche sono caratterizzate dall'essere cicliche o periodiche. Ciò significa che il disturbo si ripete ogni certo intervallo di tempo costante, chiamato periodo onda.
Le onde armoniche possono essere modellate matematicamente utilizzando le funzioni seno e coseno.
Se il disturbo non si ripete ogni certo intervallo di tempo, l'onda non è armonica e la sua modellazione matematica è molto più complessa di quella delle onde armoniche..
La natura ci presenta continuamente esempi di moto ondoso, a volte questo è ovvio, ma altre volte no, come nel caso della luce: come facciamo a sapere che si muove come un'onda??
La natura ondulatoria della luce è stata dibattuta per secoli. Così, Newton era convinto che la luce fosse un flusso di particelle, mentre Thomas Young, all'inizio del XIX secolo, dimostrò che si comportava come un'onda.
Infine, un centinaio di anni dopo Einstein affermò, con la massima tranquillità di tutti, che la luce era duplice: onda e particella allo stesso tempo, a seconda che si studiasse la sua propagazione o il modo in cui interagisce con la materia..
A proposito, la stessa cosa accade con gli elettroni nell'atomo, sono anche entità doppie. Sono particelle, ma sperimentano anche fenomeni esclusivi delle onde, come la diffrazione, per esempio.
Vediamo ora alcuni esempi quotidiani di moto ondoso evidente:
Una morbida primavera, primavera o slinky Consiste in una molla elicoidale con la quale è possibile visualizzare le onde longitudinali e trasversali, a seconda di come viene disturbata da una delle sue estremità.
Quando premi uno strumento come una chitarra o un'arpa, osservi le onde stazionarie che vanno avanti e indietro tra le estremità della corda. Il suono della corda dipende dal suo spessore e dalla tensione a cui è sottoposta.
Più stretta è la corda, più facilmente si diffonde un disturbo, proprio come quando la corda è più sottile. Si può dimostrare che il quadrato della velocità dell'onda vDue è dato da:
vDue = T / μ
Dove T è la tensione nella corda e μ è la sua densità lineare, cioè la sua massa per unità di lunghezza.
Abbiamo le corde vocali, con le quali vengono emessi i suoni per la comunicazione. La sua vibrazione si percepisce ponendo le dita sulla gola quando si parla.
Si propagano nei corpi oceanici al confine tra acqua e aria e sono originati dai venti, che fanno muovere avanti e indietro piccole porzioni di liquido..
Queste oscillazioni sono amplificate dall'azione di varie forze oltre al vento: attrito, tensione superficiale nel liquido e forza di gravità sempre presente..
La Terra non è un corpo statico, poiché al suo interno si verificano disturbi che viaggiano attraverso i diversi strati. Sono percepiti come tremori e occasionalmente, quando trasportano molta energia, come terremoti in grado di provocare molti danni.
Le moderne teorie atomiche spiegano la struttura dell'atomo per analogia con le onde stazionarie.
Un'onda sonora ha una lunghezza d'onda pari a 2 cm e si propaga a una velocità di 40 cm in 10 s.
Calcolare:
a) La sua velocità
a) Il periodo
b) Frequenza
Possiamo calcolare la velocità dell'onda con i dati forniti, poiché si propaga ad una velocità di 40 cm in 10 s, quindi:
v = 40 cm / 10 s = 4 cm / s
In precedenza, la relazione tra velocità, lunghezza d'onda e periodo era stata stabilita come:
v = λ / T
Pertanto il periodo è:
T = λ / v = 2 cm / 4 cm / s = 0,5 s.
Poiché la frequenza è l'inverso del periodo:
f = 1 / T = 1 / 0,5 s = 2 s-1
L'inverso di uno o più secondi-1 Si chiama Hertz o Hertz ed è abbreviato in Hz. Fu dato in onore del fisico tedesco Heinrich Hertz (1857-1894), che scoprì come produrre onde elettromagnetiche.
Una corda viene tesa sotto l'azione di una forza di 125 N. Se la sua densità lineare μ è 0,0250 kg / m, quale sarà la velocità di propagazione di un'onda??
In precedenza avevamo visto che la velocità dipende dalla tensione e dalla densità lineare della fune in quanto:
vDue = T / μ
Perciò:
vDue = 125 N / 0,0250 kg / m = 5000 (m / s)Due
Prendendo la radice quadrata di questo risultato:
v = 70,7 m / s
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