Propagazione Ondulatoria: Fenomeni e Caratteristiche

Movimento Ondulatorio

La propagazione di una o più perturbazioni attraverso una grandezza fisica nello spazio è definita movimento ondulatorio. In un movimento ondulatorio non c'è trasporto di materia, ma di energia e momento. Le particelle raggiunte dall'onda variano il loro stato.

Tipi di Onde

Le onde sono classificate in base a:

Natura

• Meccaniche: Necessitano di un mezzo per propagarsi (es. suono, onde nell'acqua).
• Elettromagnetiche: Non necessitano di un mezzo materiale e possono propagarsi nel vuoto (es. luce, raggi X).

Propagazione

• Longitudinali: La direzione di propagazione coincide con la direzione della perturbazione (es. onde sonore).
• Trasversali: La direzione di propagazione è perpendicolare alla direzione della perturbazione (es. onde sismiche, onde su una corda).

Mezzi di Diffusione

• Unidimensionale (es. corda)
• Bidimensionale (es. acqua)
• Tridimensionale (es. suono, luce)

Attenuazione delle Onde

L'attenuazione delle onde è la diminuzione dell'ampiezza di un'onda durante la sua propagazione. Questo avviene per due motivi:

• Assorbimento: Dissipazione di energia del moto ondulatorio nel mezzo, con conseguente aumento della temperatura e perdita di intensità.
• Attenuazione geometrica: Nelle onde sferiche, l'energia si distribuisce su una superficie sempre più ampia, riducendo l'intensità con l'avanzare dell'onda.

Suono

Il suono è prodotto dalla vibrazione di una sorgente emittente. Le onde sonore sono onde meccaniche longitudinali percepite dall'uomo tra 20 Hz e 20.000 Hz. Oltre i 20 kHz si parla di ultrasuoni.

Qualità del Suono

• Intensità: La quantità di energia trasportata dall'onda sonora, percepita come volume. Maggiore è l'ampiezza, maggiore è l'intensità.
• Tono: Distingue tra suoni gravi e acuti, correlato alla frequenza. Maggiore è la frequenza, più acuto è il suono.
• Timbro: Permette di distinguere suoni emessi da sorgenti diverse, legato alla complessità dell'onda prodotta.

Principio di Huygens e Diffrazione

Un fronte d'onda è la superficie formata da tutti i punti raggiunti dall'onda nello stesso istante. I punti su un fronte d'onda hanno la stessa fase. Le linee perpendicolari al fronte d'onda sono i raggi.

Il principio di Huygens afferma che ogni punto su un fronte d'onda agisce come una sorgente secondaria di onde sferiche. La sovrapposizione di queste onde genera il nuovo fronte d'onda. Questo principio è valido per onde meccaniche ed elettromagnetiche.

La diffrazione è la deviazione delle onde attorno agli ostacoli o attraverso aperture. Si osserva quando le dimensioni dell'ostacolo o dell'apertura sono comparabili alla lunghezza d'onda. Un insieme di fessure con larghezza adeguata è chiamato reticolo di diffrazione.

Diffrazione e interferenza sono spesso osservati insieme, poiché le onde diffratte interferiscono tra loro.

Rifrazione e Riflessione delle Onde

Questi fenomeni possono essere studiati con il principio di Huygens.

Rifrazione

La rifrazione è il cambiamento di direzione di propagazione di un'onda quando passa da un mezzo a un altro. Se un mezzo non permette la trasmissione dell'onda, si parla di mezzo opaco.

Riflessione

La riflessione è il cambiamento di direzione di propagazione di un'onda quando incontra una superficie di separazione tra due mezzi, rimanendo nello stesso mezzo (es. eco, riflessione in uno specchio).

Effetto Doppler

L'effetto Doppler è la variazione di frequenza percepita quando c'è un movimento relativo tra la sorgente dell'onda e l'osservatore.