Moto Ondulatorio e Onde Meccaniche

Moto Ondulatorio

• Un'onda è una perturbazione fisica che si propaga nello spazio, producendo un effetto in un altro punto.
• Esempi di onde: suono di una campata, scia di un motoscafo, luce emessa da una lampadina.

Onde Meccaniche

• Sono vibrazioni meccaniche che si propagano in un mezzo attraverso un meccanismo fisico, permettendo agli elementi del mezzo di influenzare l'un l'altro.
• Esempi includono onde marine e onde su una corda vibrante.

Onde Elettromagnetiche

• Sono campi elettrici e magnetici che si propagano anche in assenza di materia.

Cosa si propaga nel moto ondulatorio?

• L'energia si propaga nel moto ondulatorio, non il mezzo.
• Le particelle del mezzo sono soggette solo a un moto limitato.

Intensità dell'Onda

• L'intensità è l'energia trasportata nell'unità di tempo attraverso una superficie perpendicolare alla direzione di propagazione.
• Si misura in Watt/metro².

Impulso d'Onda

• Un impulso d'onda è una perturbazione rapida in un punto dello spazio.

Onda Periodica

• Un'onda periodica è una perturbazione continua ed oscillante.

Periodicità nello Spazio

• La lunghezza d'onda (λ) è la distanza caratteristica lungo la direzione di propagazione dopo la quale la perturbazione riprende la stessa configurazione.
• L'ampiezza è lo spostamento massimo dalla posizione di equilibrio.
• La cresta è lo spostamento massimo verso l'alto.
• La valle è lo spostamento massimo verso il basso.

Periodicità nel Tempo

• Il periodo (T) è il tempo necessario affinché un'onda si ripeta, ritornando alla stessa configurazione.
• La frequenza (f) è il numero di oscillazioni al secondo, misurata in Hertz (Hz).

Onde Trasversali

• Le vibrazioni delle particelle del mezzo avvengono perpendicolarmente alla direzione di propagazione.

Onde Longitudinali

• Le vibrazioni delle particelle del mezzo avvengono lungo la direzione di propagazione.

Funzione d'Onda

• La funzione d'onda y(x,t) descrive lo spostamento di un elemento del mezzo dalla posizione di equilibrio in funzione della posizione x e del tempo t.
• A t=0, la forma dell'impulso può essere rappresentata da una funzione y(x,0) = f(x) che descrive lo spostamento dalla posizione di equilibrio dell'elemento in x.

Funzione d'Onda Sinusoidale

• La funzione d'onda sinusoidale è data da y(x,t) = Asin(2π(x/λ - vt/λ))

Numero d'Onda e Frequenza Angolare

• Il numero d'onda (k) è 2π/λ
• La frequenza angolare (ω) è 2π/T = 2πf
• La velocità dell'onda (v) è ω/k

Velocità d'Onda

• L'espressione generale della velocità di un'onda è v =√(proprietà elastica/proprietà inerziale).
• Per un'onda su una corda, v = √(T/μ), dove T è la tensione e μ la massa per unità di lunghezza.
• La velocità del suono in aria è approssimativamente (331+0.60t) misurato in m/s.

Fronte d'Onda

• Il fronte d'onda è il luogo dei punti che vibrano concordemente, in cui lo spostamento da una posizione di equilibrio è uguale in ogni istante.
• Ci sono varie forme di Fronte d'Onda tra cui: Onde circolari, onde rettilinee and onde sferiche.

Intensità dell'Onda Sferica

• L'intensità di un'onda sferica decresce inversamente al quadrato della distanza dalla sorgente.

Riflessione

• Quando un'onda incontra una superficie di separazione tra due mezzi, parte dell'energia si riflette.
• L'angolo di riflessione è uguale all'angolo di incidenza.

Trasmissione e Rifirazione

• Quando un'onda incontra una superficie di separazione tra due mezzi, parte dell'energia si propaga nel secondo mezzo.
• L'angolo di rifrazione è legato all'angolo di incidenza e alle velocità delle onde nei due mezzi.

Diffrazione

• Quando un'onda incontra un ostacolo o un'apertura, la sua forma può cambiare ma l'onda riesce a passare.
• Gli effetti di diffrazione sono più evidenti quando le onde e le dimensioni dell'oggetto sono paragonabili.

Interferenza

• Quando due o più onde passano attraverso la stessa regione di spazio nello stesso momento, la perturbazione risultante è la somma algebrica delle perturbazioni individuali.
• L'interferenza può essere costruttiva (massimo rinforzo) o distruttiva (massima attenuazione).

Onde Stazionarie

• Si verificano quando due onde sinusoidali si propagano in direzioni opposte.
• I punti con vibrazione massima sono detti ventri, mentre quelli con ampiezza nulla sono nodi.
• Le distanze tra nodi e ventri sono λ/4.

Frequenze Armoniche

• Nel caso di una corda, vi saranno molteplici frequenze armoniche, che saranno multiple della fondamentale, con lunghezza d'onda e distanza tra nodi e ventri che dipendono dalla lunghezza complessiva della corda.

Suono

• Il suono è un'onda longitudinale dovuta a vibrazioni molecolari.
• L'intervallo udibile per gli esseri umani varia tra 20 e 20000 Hz.

Velocità del Suono

• La velocità del suono dipende dal materiale e dalla temperatura.

Livello di Intensità

• Si misura in decibel (dB), dove 1 dB = 10 log(I/Io).
• Dove I = intensità suono e Io = soglia d'udito.

Tono (Altezza)

• Il tono di un suono indica se è acuto o grave, basandosi sulla frequenza fondamentale.
• Il timbro si riferisce al carattere di un suono, derivante dalla presenza di armoniche superiori e dalle loro ampiezze relative.

Effetto Doppler

• La variazione della frequenza delle onde osservate quando la sorgente o l'osservatore sono in movimento rispetto al mezzo di propagazione.
• La frequenza percepita aumenta quando la sorgente si avvicina e diminuisce quando si allontana.

Applicazioni dell'Effetto Doppler

• Vengono utilizzate per misurare la velocità di oggetti in movimento, come ad esempio il flusso sanguigno.