Onde Viaggianti e Stazionarie: Proprietà, Fenomeni e Velocità del Suono

Onde Viaggianti e Onde Stazionarie

Onde Viaggianti

Si propagano in un'unica direzione, espandendosi liberamente nello spazio o percorrendo lunghe distanze attraverso un mezzo. Trasportano energia.

Onde Stazionarie

Si formano dalla sovrapposizione di due onde identiche che viaggiano in direzioni opposte (ad esempio, un'onda incidente e la sua riflessione su un punto fisso). L'onda risultante appare stazionaria, con punti fissi a ampiezza nulla chiamati nodi e punti di massima ampiezza chiamati ventri.

Parametri Descrittivi di un'Onda

• Elongazione: Lo spostamento istantaneo di un punto del mezzo dalla sua posizione di equilibrio. Può essere positiva o negativa.
• Ampiezza (A): Il massimo valore assoluto dell'elongazione. Rappresenta la massima distanza dalla posizione di equilibrio.
• Lunghezza d'onda (λ): La distanza tra due punti consecutivi dell'onda che si trovano nello stesso stato di vibrazione (es. due creste o due ventri). Corrisponde anche alla distanza percorsa dall'onda durante un periodo (T).
• Periodo (T): Il tempo impiegato da un punto del mezzo per compiere un'oscillazione completa. Si misura in secondi (s).
• Frequenza (f): Il numero di oscillazioni complete compiute nell'unità di tempo (generalmente un secondo). Si misura in Hertz (Hz). È l'inverso del periodo (f = 1/T).
• Velocità di propagazione (v): La velocità con cui l'onda si sposta nel mezzo nella direzione di propagazione. Si calcola come prodotto della lunghezza d'onda per la frequenza (v = λ * f).

Fenomeni Ondulatori

Riflessione

Avviene quando un'onda incontra un ostacolo o la superficie di separazione tra due mezzi e "rimbalza", tornando indietro nel mezzo di provenienza.

Trasmissione

Avviene quando un'onda passa da un mezzo a un altro, continuando la sua propagazione nel secondo mezzo (spesso con modifiche di velocità e direzione).

Rifrazione

È la deviazione della direzione di propagazione di un'onda quando passa da un mezzo a un altro con diverse proprietà, o quando le proprietà del mezzo cambiano (es. onde sonore in strati d'aria a diverse temperature).

Assorbimento

Parte dell'energia dell'onda viene assorbita dal mezzo o dall'ostacolo che incontra, trasformandosi solitamente in calore. Questo fenomeno riduce l'ampiezza dell'onda.

Onde Ultrasoniche

Sono onde sonore con frequenza superiore al limite udibile dall'orecchio umano, convenzionalmente posto a 20.000 Hz (20 kHz). (Nota: il valore 100.000.000 Hz indicato nel testo originale è estremamente alto e probabilmente errato per la definizione standard di ultrasuoni).

Formule Relative alla Velocità del Suono

Velocità del Suono nell'Aria (in base alla Temperatura)

È possibile calcolare la velocità del suono nell'aria (v) in funzione della temperatura (t in °C) usando la formula approssimata:

v ≈ v₀ + 0.6 * t

Dove:

• v₀ è la velocità del suono a 0°C, approssimativamente 331.7 m/s.
• t è la temperatura in gradi Celsius (°C).
• Il fattore 0.6 ha unità di (m/s)/°C.

Velocità del Suono (Generale)

La velocità di propagazione (v) può essere calcolata conoscendo la distanza percorsa (d) e il tempo impiegato (t) per percorrerla, usando la formula:

v = d / t

Relazione tra Velocità, Lunghezza d'Onda e Frequenza/Periodo

La velocità di propagazione (v) è legata alla lunghezza d'onda (λ) e alla frequenza (f) o al periodo (T) dalle seguenti relazioni:

• v = λ * f
• v = λ / T (poiché f = 1/T)