Caratteristiche del movimento ondulato, tipi di onde, esempi

Lui moto ondoso Consiste nella propagazione di un disturbo, chiamato onda, in un mezzo di materiale o addirittura nel vuoto, se è la luce o qualsiasi altra radiazione elettromagnetica.

L'energia viaggia nel movimento ondulato.

Movimento dell'acqua nell'oceano

E questa vibrazione è quella che viene trasmessa da una particella all'altra nel mezzo, in quello che è noto come un Onda meccanica. Il suono si diffonde in questo modo: una sorgente comprime ed espande le molecole d'aria alternativamente e l'energia che viaggia in questo modo è a sua volta responsabile della vibrazione del timpano, una sensazione che il cervello interpreta come suono.

Nel caso della luce, che non ha bisogno di materiale, è l'oscillazione dei campi elettrici e magnetici che vengono trasmessi.

Come vediamo, due dei fenomeni più importanti per la vita: luce e suono, hanno un movimento ondulato, da cui l'importanza di conoscere di più sul loro comportamento.

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Caratteristiche del movimento ondulatorio

Le onde hanno diversi attributi caratteristici che possiamo raggruppare in base alla loro natura:

• Caratteristiche spaziali, che si riferiscono alla forma.
• Caratteristiche temporanee o di durata.

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.

Elementi di un'onda. Fonte: f. Zapata.

Caratteristiche spaziali delle onde

Questi elementi sono comuni a tutte le onde, tra cui luce e suono.

• Cresta: La posizione più alta.
• Valle: Il più basso.
• Nodo: punto in cui l'onda interseca la posizione di equilibrio. Nella figura è la linea segmentata o l'asse orizzontale.
• Lunghezza d'onda: indicato con la lettera greca λ (lambda) è la distanza tra due creste successive, o tra un punto e una che ha la stessa altezza, ma del ciclo successivo.
• Allungamento: È la distanza verticale tra un punto d'onda e la posizione di equilibrio.
• Ampiezza: è l'allungamento massimo.

Caratteristiche temporanee delle onde

• Periodo, Tempo che dura un ciclo completo.
• Frequenza: Numero di onde prodotte per unità di tempo. È l'inverso o reciproco del periodo.
• Velocità: È definito come il quoziente tra la lunghezza d'onda e il periodo. Se sei indicato come V, in modo matematico questa relazione è:

V = λ /t

Tipi di onde

Esistono vari tipi di onde, poiché sono classificati in base a diversi criteri, ad esempio possono essere classificati secondo:

• La direzione che porta il disturbo.
• Il mezzo in cui si sono diffusi.
• La direzione in cui le particelle medi oscillano.

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Un'onda può essere di diversi tipi contemporaneamente, come vedremo di seguito:

- Onde secondo l'oscillazione del mezzo

Le particelle che compongono il mezzo hanno la capacità di rispondere in diversi modi al disturbo, in questo modo si presentano:

Onde incrociate

In un'onda trasversale, il disturbo si propaga perpendicolarmente alla direzione in cui le particelle oscillano. Fonte: Wikimedia Commons.

Le particelle della gamma media nella direzione perpendicolare a come fa il disturbo. Ad esempio, se abbiamo una corda tesa orizzontale che è disturbata a un'estremità, le particelle vanno dall'alto verso il basso, mentre il disturbo viaggia in orizzontale.

Anche le onde elettromagnetiche si muovono in questo modo, sia in un ambiente materiale come se no.

Onde longitudinali

La propagazione viaggia nella stessa direzione in cui le particelle del mezzo lo fanno. L'esempio più noto è il suono, in cui il disturbo del suono comprime e espande l'aria mentre si muove attraverso di essa, facendo muovere le molecole da un lato a un altro.

- Onde secondo il mezzo in cui si propagano

Onde meccaniche

Le onde sismiche sono onde meccaniche

Richiedono sempre un mezzo di materiale da diffondere, che può essere solido, liquido o gas. Il suono è anche un esempio di onda meccanica, così come le onde che si verificano nelle corde tese degli strumenti musicali e quelle che si diffondono in tutto il mondo: onde sismiche.

Onde elettromagnetiche

Le onde elettromagnetiche possono diffondersi nel vuoto. Non ci sono particelle nell'oscillazione, ma i campi elettrici e magnetici reciprocamente perpendicolari, e allo stesso tempo perpendicolari con la direzione di propagazione.

Lo spettro di frequenza elettromagnetica è molto ampio, ma percepiamo a malapena con i nostri sensi una stretta striscia di lunghezze d'onda: lo spettro visibile.

- Onde secondo la direzione di propagazione

Secondo l'indirizzo di propagazione, le onde possono essere:

• Unidimensionale
• Due -dimensionali
• Tre -dimensionali

Se abbiamo una corda tesa, il disturbo viaggia dappertutto, cioè in una dimensione. Si verifica anche quando una molla o una molla flessibili è disturbata come Slanky.

Ma ci sono onde che si muovono su una superficie, come la superficie dell'acqua quando una pietra viene gettata su uno stagno o quelle che si diffondono nella crosta terrestre, in questo caso si parla di onde a due dimensioni.

Infine, ci sono onde che viaggiano continuamente in tutte le direzioni dello spazio come il suono e la luce.

- Onde secondo la sua estensione

Le onde possono diffondersi lungo grandi estensioni, come onde leggere, suono e onde sismiche. Invece altri sono limitati a una regione più piccola. Ecco perché sono anche classificati come:

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-Onde in viaggio

-Onde in piedi.

Onde in viaggio

Quando un'onda si diffonde dalla sua fonte e non torna ad essa, hai un'onda di viaggio. Grazie a loro ascoltiamo. Lo fa a velocità costante di 300.000 km/s.

Onde in piedi

A differenza delle onde in viaggio, le onde stazionarie si muovono in una regione limitata, ad esempio il disturbo nella corda di uno strumento musicale come una chitarra.

Onde armoniche

Le onde armoniche sono caratterizzate dall'essere ciclici o periodici. Ciò significa che il disturbo viene ripetuto ogni determinato intervallo di tempo costante, chiamato periodo dell'onda.

Le onde armoniche possono essere modellate matematicamente con l'aiuto delle funzioni seno e coseno.

Onde non periodiche

Se il disturbo non viene ripetuto ogni determinato intervallo di tempo, l'onda non è armoniosa e la sua modellazione matematica è molto più complessa di quella delle onde armoniche.

Esempi di movimento ondulatorio

La natura ci presenta esempi di movimento ondulato tutto il tempo, a volte questo è evidente, ma a volte no, come nel caso della luce: come facciamo a sapere che si muove come un'onda?

La natura ondulata della luce è stata discussa per secoli. Così, Newton era convinto che la luce fosse un flusso di particelle, mentre Thomas Young, all'inizio del XIX secolo, mostrò che si comportava come un'onda.

Infine, cento anni dopo Einstein disse, per la tranquillità di tutti, che la luce era doppia: onda e particelle allo stesso tempo, a seconda che la sua propagazione sia studiata o il modo in cui interagisce con la questione.

A proposito, lo stesso vale per gli elettroni nell'atomo, sono anche doppie entità. Sono particelle, ma sperimentano anche fenomeni esclusivi di onde, come la diffrazione, ad esempio.

Vediamo ora alcuni esempi quotidiani di ovvio movimento d'onda:

Il molo

Una morbida primavera, primavera o Slanky È costituito da una molla elicoidale con cui è possibile visualizzare le onde longitudinali e trasversali, a seconda del modo in cui una delle sue estremità è disturbata.

Le corde degli strumenti musicali

Facendo clic su uno strumento come una chitarra o un'arpa, le onde stazionarie vanno e vanno tra le estremità della corda. Il suono della corda dipende dal suo spessore e dalla tensione a cui è sottoposta.

Più è tesa la corda, più facilmente un disturbo è diffuso per essa, allo stesso modo in cui la corda è più sottile. Si può dimostrare che il quadrato della velocità d'onda V² Esso è dato da:

Può servirti: energia interna

v² = T / μ

Dove t è la tensione nella corda e μ è la densità lineare della stessa, cioè la sua massa per unità di lunghezza.

La voce

Abbiamo le corde vocali, con le quali i suoni vengono emessi per la comunicazione. La sua vibrazione viene percepita mettendo le dita sulla gola quando parlano.

Onde del mare

Si diffondono nei corpi oceanici al confine tra acqua e aria e provengono dai venti, che causano il dominio di piccole porzioni di liquido.

Queste fluttuazioni sono amplificate dall'azione di diverse forze oltre al vento: attrito, tensione superficiale nel liquido e forza di gravità sempre presente.

Onde sismiche

La terra non è un corpo statico, poiché ci sono disturbi che viaggiano attraverso i diversi strati. Sono percepiti come tremori e occasionalmente, quando trasportano molta energia, come terremoti in grado di causare molti danni.

La struttura dell'atomo

Le moderne teorie atomiche spiegano la struttura dell'atomo attraverso un'analogia con le onde stazionarie.

Esercizi risolti

Esercizio 1

Un'onda sonora ha una lunghezza d'onda pari a 2 cm e si diffonde ad una velocità di 40 cm in 10 s.

Calcolare:

a) La tua velocità

a) Il periodo

b) Frequenza

Soluzione a

Possiamo calcolare la velocità dell'onda con i dati forniti, poiché si diffonde ad una velocità di 40 cm in 10 s, quindi:

V = 40 cm / 10 s = 4 cm / s

Soluzione b

In precedenza la relazione tra velocità, lunghezza d'onda e periodo come:

V = λ /t

Pertanto il periodo è:

T = λ / v = 2 cm / 4 cm / s = 0.5 s.

Soluzione c

Poiché la frequenza è l'inverso del periodo:

F = 1 / t = 1/0.5 s = 2 s^-1

L'inverso di secondo o s^-1 Si chiama Hertz o Hertzio e abbreviato HZ. Il fisico tedesco Heinrich Hertz (1857-1894) fu dato in onore, che scoprì il modo di produrre onde elettromagnetiche.

Esercizio 2

Una corda è tesa sotto l'azione di una forza di 125 n. Se la tua densità lineare μ è 0.0250 kg/m, quale sarà la velocità di propagazione di un'onda?

Soluzione

In precedenza avevamo visto che la velocità dipende dalla tensione e dalla densità lineare della corda come:

v² = T / μ

Perciò:

v² = 125 N / 0.0250 kg/m = 5000 (m/s)²

Prendere la radice quadrata di questo risultato:

V = 70.7 m/s

Riferimenti

1. Giancoli, d.  2006. Fisica: principi con applicazioni. 6 °. Ed Prentice Hall.
2. Hewitt, Paul. 2012. Scienze fisiche concettuali. 5 °. Ed. Pearson.
3. Sears, Zemansky. 2016. Fisica universitaria con fisica moderna. 14 °. Ed. Volume 1. Pearson.
4. Serway, r., Jewett, J. (2008). Fisica per la scienza e l'ingegneria. Volume 1. 7 °. Ed. Apprendimento del Cengage.
5. Tipler, p. (2006) Fisica per la scienza e la tecnologia. 5 ° ed. Volume 1. Editoriale tornato.