Le onde meccanicheLe onde meccaniche

Materiale di lavoroMateriale di lavoro

Le onde hanno una definizione singolare: trasmissione di energia senza trasporto di materia a meno di un’oscillazione locale delle particelle investite dall’onda.

Si parla di onde meccaniche per distinguerle da altre, come le onde elettromagnetiche, che non hanno bisogno di mezzi materiali per propagarsi.

Le onde hanno una definizione singolare: trasmissione di energia senza trasporto di materia a meno di un’oscillazione locale delle particelle investite dall’onda.

Si parla di onde meccaniche per distinguerle da altre, come le onde elettromagnetiche, che non hanno bisogno di mezzi materiali per propagarsi.

Le onde sono quindi impulsi di energia che si trasmettono attraverso mezzi materiali, senza che le particelle della materia si smuovano più di tanto.

Le onde sono quindi impulsi di energia che si trasmettono attraverso mezzi materiali, senza che le particelle della materia si smuovano più di tanto.

Due tipi di onda sono quelle fondamentali, anche se ne vengono definite altre.

ONDE LONGITUDINALI

ONDE TRASVERSALI

Due tipi di onda sono quelle fondamentali, anche se ne vengono definite altre.

ONDE LONGITUDINALI

ONDE TRASVERSALI

Le onde meccanicheLe onde meccaniche

Onde longitudinaliOnde longitudinali

Consideriamo una sfera in un fluido (parliamo di fluido perché è più visualizzabile ma le perturbazioni possono trasmettersi anche in materiali solidi, vedi terremoti).

Immaginiamo per comodità il fluido suddiviso in tanti strati concentrici (colorati in celeste e viola, alternativamente). In fondo, una membrana elastica

La sfera ha la capacità di espandersi e di contrarsi (ha un suo motore interno).

Consideriamo una sfera in un fluido (parliamo di fluido perché è più visualizzabile ma le perturbazioni possono trasmettersi anche in materiali solidi, vedi terremoti).

Immaginiamo per comodità il fluido suddiviso in tanti strati concentrici (colorati in celeste e viola, alternativamente). In fondo, una membrana elastica

La sfera ha la capacità di espandersi e di contrarsi (ha un suo motore interno).

Onde longitudinali1Onde longitudinali1

1° Fase. La sfera si espande e va ad occupare il spazio del primo strato di fluido, spingendo questo ad occupare il secondo e così via e così via. Lo strato a contatto con la membrana elastica, spinto dallo strato adiacente, va a pressarla e quindi a deformarla.

1° Fase. La sfera si espande e va ad occupare il spazio del primo strato di fluido, spingendo questo ad occupare il secondo e così via e così via. Lo strato a contatto con la membrana elastica, spinto dallo strato adiacente, va a pressarla e quindi a deformarla.

Onde longitudinali2Onde longitudinali2

2° Fase. La sfera si contrae e va ad riassumere il suo volume originario. Ciò facendo lascia a disposizione un certo volume che viene occupato dal primo strato di aria, il quale, a sua volta ne lascia uno per il secondo strato di aria e così via.

La membrana elastica, non più pressata riprende la sua forma originaria.

2° Fase. La sfera si contrae e va ad riassumere il suo volume originario. Ciò facendo lascia a disposizione un certo volume che viene occupato dal primo strato di aria, il quale, a sua volta ne lascia uno per il secondo strato di aria e così via.

La membrana elastica, non più pressata riprende la sua forma originaria.

In definitiva, l’impulso energetico, partito dalla sfera, si propaga nello spazio (ben oltre i limiti angusti del disegno) e ogni particella del mezzo compie un’oscillazione attorno ad un proprio punto di equilibrio.

In definitiva, l’impulso energetico, partito dalla sfera, si propaga nello spazio (ben oltre i limiti angusti del disegno) e ogni particella del mezzo compie un’oscillazione attorno ad un proprio punto di equilibrio.

Onde longitudinali3Onde longitudinali3

Questo tipo di onda viene chiamato longitudinale perché la direzione della trasmissione dell’impulso è parallelo alla direzione delle oscillazioni locali delle particelle del mezzo.

Questo tipo di onda viene chiamato longitudinale perché la direzione della trasmissione dell’impulso è parallelo alla direzione delle oscillazioni locali delle particelle del mezzo.

Il meccanismo fisico che determina le onde longitudinali è la pressione. Ogni strato di fluido comprime il successivo (oppure lascia spazio, creando un depressione) determinando il moto dell’impulso energetico.

Il meccanismo fisico che determina le onde longitudinali è la pressione. Ogni strato di fluido comprime il successivo (oppure lascia spazio, creando un depressione) determinando il moto dell’impulso energetico.

Onde trasversaliOnde trasversali

Facciamo ancora ricorso al modello della sfera in un fluido). Immaginiamo per comodità il fluido suddiviso in tanti strati concentrici (colorati in celeste e viola, alternativamente). In fondo, questa volta, per rendere più evidente l’effetto dell’impulso energetico, una superficie sabbiosa.

La sfera ha la capacità di ruotare alternativamente nei due versi, orario e antiorario (ha un suo motore interno).

Facciamo ancora ricorso al modello della sfera in un fluido). Immaginiamo per comodità il fluido suddiviso in tanti strati concentrici (colorati in celeste e viola, alternativamente). In fondo, questa volta, per rendere più evidente l’effetto dell’impulso energetico, una superficie sabbiosa.

La sfera ha la capacità di ruotare alternativamente nei due versi, orario e antiorario (ha un suo motore interno).

1° Fase. La sfera ruota attorno al suo centro in senso oraio e compie un quarto di giro. Il primo strato di fluido viene trascinato nella rotazione e a sua volta esso trascina il secondo strato e così via. Lo strato a contatto con la sabbia provoca un moto dei granelli di sabbia.

1° Fase. La sfera ruota attorno al suo centro in senso oraio e compie un quarto di giro. Il primo strato di fluido viene trascinato nella rotazione e a sua volta esso trascina il secondo strato e così via. Lo strato a contatto con la sabbia provoca un moto dei granelli di sabbia.

Onde trasversali1Onde trasversali1

Onde trasversali2Onde trasversali2

2° Fase. La sfera compie adesso un quarto di giro in senso antiorario. Anche questa volta lo strato di fluido adiacente alla sfera viene trascinata nella rotazione e a sua volta trascina lo strato successivo e così via.

La sabbia del pannello fisso viene riportata, più o meno, al suo posto.

2° Fase. La sfera compie adesso un quarto di giro in senso antiorario. Anche questa volta lo strato di fluido adiacente alla sfera viene trascinata nella rotazione e a sua volta trascina lo strato successivo e così via.

La sabbia del pannello fisso viene riportata, più o meno, al suo posto.

Anche questa volta l’impulso energetico, partito dalla sfera, si propaga nello spazio (ben oltre i limiti angusti del disegno) e ogni particella del mezzo compie un’oscillazione attorno ad un proprio punto di equilibrio.

Anche questa volta l’impulso energetico, partito dalla sfera, si propaga nello spazio (ben oltre i limiti angusti del disegno) e ogni particella del mezzo compie un’oscillazione attorno ad un proprio punto di equilibrio.

Onde trasversali3Onde trasversali3

Questo tipo di onda viene chiamato trasversale perché la direzione della trasmissione dell’impulso è perpendicolare alla direzione delle oscillazioni locali delle particelle del mezzo.

Questo tipo di onda viene chiamato trasversale perché la direzione della trasmissione dell’impulso è perpendicolare alla direzione delle oscillazioni locali delle particelle del mezzo.

Il meccanismo fisico che determina le onde trasversali è la viscosità. Ogni strato di fluido trascina il successivo trasmettendo nello spazio l’impulso energetico.

Il meccanismo fisico che determina le onde trasversali è la viscosità. Ogni strato di fluido trascina il successivo trasmettendo nello spazio l’impulso energetico.

Onde impulsiveOnde impulsive

La corda tesa riceve un impulso da una mano che la spinge verso l’alto e poi torna alla posizione d’equilibrio. L’impulso si muove lungo la corda.

La corda tesa riceve un impulso da una mano che la spinge verso l’alto e poi torna alla posizione d’equilibrio. L’impulso si muove lungo la corda.

La corda tesa riceve un impulso da una mano che la spinge verso l’alto, poi verso il basso e infine torna alla posizione d’equilibrio. L’impulso si muove lungo la corda.

La corda tesa riceve un impulso da una mano che la spinge verso l’alto, poi verso il basso e infine torna alla posizione d’equilibrio. L’impulso si muove lungo la corda.

Onde periodicheOnde periodiche

Quando la corda tesa riceve una serie di

impulsi e questi sono regolari nel tempo e

hanno la stessa intensità. Allora le

onde che si formano si chiamano

onde periodiche

Quando la corda tesa riceve una serie di

impulsi e questi sono regolari nel tempo e

hanno la stessa intensità. Allora le

onde che si formano si chiamano

onde periodiche

Cresta

Punto massimo dell’oscillazione

Cresta

Punto massimo dell’oscillazione

Posizione d’equilibrio

Punto mediano, quando il fluido è in

quiete

Posizione d’equilibrio

Punto mediano, quando il fluido è in

quiete

Ventre

Punto minimo dell’oscillazione

Ventre

Punto minimo dell’oscillazione

x(m )

Y (m )

Rappresentazione spazialeRappresentazione spaziale

In una rappresentazione spaziale il grafico

rappresenta il profilo dell’onda come se essa fosse

fotografata attraverso la

parete di vetro verticale di una

vasca.

Naturalmente in un determinato istante di tempo.

In una rappresentazione spaziale il grafico

rappresenta il profilo dell’onda come se essa fosse

fotografata attraverso la

parete di vetro verticale di una

vasca.

Naturalmente in un determinato istante di tempo.

E’ possibile misurare la

lunghezza d’onda, distanza fra

qualsiasi coppia di punti omologhi

tra due onde successive

E’ possibile misurare la

lunghezza d’onda, distanza fra

qualsiasi coppia di punti omologhi

tra due onde successive

A

E l’ampiezza, distanza tra la

posizione di equilibrio e una

cresta o un ventre

E l’ampiezza, distanza tra la

posizione di equilibrio e una

cresta o un ventre

= 2 m= 2 m = 3,4 m= 3,4 m

Rappresentazione spazialeRappresentazione spaziale

Rappresentazione spaziale1Rappresentazione spaziale1

x(m )

Y (m )

= 3 m= 3 m = 2 m= 2 m

A

(s )

Ay(m )

Rappresentazione temporaleRappresentazione temporale

Si rappresenta l’oscillazione di una particella,

lungo l’asse delle y, con lo scorrere del

tempo.

Si rappresenta l’oscillazione di una particella,

lungo l’asse delle y, con lo scorrere del

tempo.

T

E’ possibile misurare il periodo, intervallo

di tempo in cui la particella compie

un’oscillazione completa.

E’ possibile misurare il periodo, intervallo

di tempo in cui la particella compie

un’oscillazione completa.

= 3 s= 3 s

O la frequenza, numero di

oscillazioni che avvengono in un

secondo

O la frequenza, numero di

oscillazioni che avvengono in un

secondo

f = 0,33 s-1 f = 0,33 s-1

Tra frequenza e periodo esiste una relazione di

proporzionalità inversa

Tra frequenza e periodo esiste una relazione di

proporzionalità inversa

f = 1/T f = 1/T

Rappresentazione temporaleRappresentazione temporale

(s )

Ay(m )

T = 2 s T = 2 s f = 0,5 s-1 f = 0,5 s-1 T = 4 s T = 4 s f = 0,25 s-1 f = 0,25 s-1

Velocità delle ondeVelocità delle onde

La velocità delle onde dipende esclusivamente dalle proprietà del mezzo in cui si trasmette.

Lunghezza d’onda; ovvero distanza che la perturbazione percorre mentre una particella compie un’oscillazione completa

Lunghezza d’onda; ovvero distanza che la perturbazione percorre mentre una particella compie un’oscillazione completa

Periodo; ovvero tempo che una particella impiega per compiere un’oscillazione completa

Periodo; ovvero tempo che una particella impiega per compiere un’oscillazione completa

= v v = v = ff..