Articoli sulla formula di definizione e sui tipi di onde meccaniche
DEFINIZIONE DI ONDE MECCANICHE
Se si tiene un'estremità di una corda e la si fa vibrare su e giù, si forma un'onda che si propaga lungo la corda. Oppure, se si lascia cadere un sasso nell'acqua, si formeranno delle onde sulla superficie dell'acqua. La corda e l'acqua oscillano solo verticalmente, non orizzontalmente. Le onde su una corda e le onde nell'acqua sono esempi di onde meccaniche.
Le onde meccaniche sono onde che si propagano attraverso un mezzo. Esempi di onde meccaniche sono le onde su corde o fili, le onde nell'acqua, le onde sonore che si propagano nell'aria e le onde sismiche che si propagano nel terreno. Le onde possono percorrere lunghe distanze finché il mezzo attraverso cui vibrano si trova in prossimità del punto di equilibrio.
TIPI DI ONDE MECCANICHE
In base alla loro forma, le onde meccaniche si dividono in due tipi: onde trasversali e onde longitudinali.
Le onde trasversali sono onde che si verificano quando la direzione del moto ondoso è perpendicolare alla direzione del moto delle particelle. Ad esempio, le onde su una corda, le onde sull'acqua.
Se le onde nella corda si muovono in direzione orizzontale, le particelle nella corda si muovono in direzione verticale. Allo stesso modo, se le onde dell'acqua si muovono in direzione orizzontale, le particelle d'acqua si muovono in direzione verticale.
Le onde longitudinali sono onde che si verificano quando la direzione del moto ondoso è parallela alla direzione del moto delle particelle. Ad esempio, le onde nelle molle e le onde sonore nell'aria.
Se l'onda sulla molla si muove in direzione orizzontale, anche la densità e la deformazione che si formano nella molla si muovono avanti e indietro in direzione orizzontale.
Analogamente, se l'onda sonora si propaga in direzione verticale, l'aria si contrae e si espande in direzione verticale.
Le onde sismiche sono costituite da onde trasversali (chiamate onde di taglio) e onde longitudinali (chiamate onde di pressione).
FORMULA DELL'ONDA MECCANICA
Formula dell'onda trasversale
Per descrivere le onde si utilizzano diverse grandezze, ovvero ampiezza (A), frequenza (f), periodo (T) e velocità di propagazione dell'onda (v).
L'ampiezza è la deviazione massima. Il periodo è l'intervallo di tempo tra due creste/avvallamenti successivi che passano per lo stesso punto nello spazio. La frequenza è il numero di picchi/avvallamenti che passano per lo stesso punto nell'unità di tempo.
Le onde meccaniche si propagano a una certa velocità. La formula per la velocità delle onde è:
v = λ f = λ/T
v = velocità dell'onda, λ = lunghezza d'onda, f = frequenza, T = periodo.
L'unità di misura internazionale per la lunghezza d'onda è il metro, l'unità per la frequenza è l'hertz e l'unità per il periodo è il secondo. L'unità di misura per la velocità delle onde è metri/secondo.
Esempio di problema:
Un'onda trasversale su una corda ha una frequenza di 2 Hz (due creste d'onda passano per lo stesso punto nello spazio, per 1 secondo) e una lunghezza d'onda di 3 metri (la distanza tra le due creste più vicine è di 2 metri). Qual è la velocità dell'onda?
Conosciuto:
Frequenza (f) = 2 Hz
Lunghezza d'onda (λ) = 3 metri
Ricercato: Velocità (v)
Soluzione:
v = λ f = 3 (2) = 6 m/s
La velocità di un'onda trasversale in un mezzo dipende dalla natura del mezzo stesso. Ad esempio, la velocità di propagazione di un'onda su una corda (filo, fune) dipende dalla tensione esercitata sulla corda (FT) e dalla densità di massa della corda (la massa della corda per unità di lunghezza).
Esempio di problema:
Un'onda ha una lunghezza di 1 metro e si propaga su una corda lunga 100 metri e di massa 2 kg. La tensione nella corda è di 200 N. Qual è la velocità dell'onda nella corda?
Conosciuto:
Lunghezza d'onda (λ) = 1 metro
La lunghezza della corda (L) = 100 metri
La massa della corda (m) = 2 kg
La tensione nella fune (T) = 200 N
Ricercato: Velocità delle onde su una corda (v)
Soluzione:
La formula dell'onda longitudinale
La velocità delle onde longitudinali in un mezzo dipende dalla natura del mezzo attraverso cui si propagano. La velocità delle onde longitudinali che si propagano su aste solide si calcola utilizzando la formula:
v = velocità dell'onda, E = modulo elastico di Young, ρ = densità
Esempio di problema:
Calcola la velocità dell'onda sonora che si propaga lungo la rotaia d'acciaio. Modulo di elasticità dell'acciaio di Young = 2 x 1011 N / m2 e la densità dell'acciaio = 7.8 x 103 kg / m3
Conosciuto:
Il modulo elastico dell'acciaio (E) = 2 x 1011 N / m2
Densità dell'acciaio (ρ) = 7.8 x 103 kg / m3
Ricercato: velocità delle onde sonore
Soluzione:
La velocità delle onde longitudinali che si propagano nei liquidi e nei gas si calcola utilizzando la formula: v = velocità dell'onda, B = modulo di compressibilità, ρ = densità
Esempio di problema:
Qual è la velocità delle onde longitudinali quando si propagano nell'acqua?
Modulo di elasticità dell'acqua (B) = 2 x 109 N / m2
La densità dell'acqua (ρ) = 1000 kg/m³3
Soluzione:
Velocità di propagazione delle onde longitudinali nell'acqua:
