Concetti Chiave
- Le onde trasportano energia senza trasferire materia e includono suono, luce e segnali radio.
- La frequenza di un'onda, indicata con v o f, rappresenta il numero di vibrazioni complete per secondo.
- Il periodo di un'onda è l'intervallo di tempo necessario per completare un'oscillazione, inversamente proporzionale alla frequenza.
- La lunghezza d'onda è la distanza percorsa dall'onda in un determinato periodo, calcolata con la formula ν = c/λ.
- L'ampiezza d'onda rappresenta il massimo spostamento dalla posizione di equilibrio dell'onda.
Indice
1. Introduzione
Quando parliamo di onde pensiamo immediatamente a quelle del mare. Invece esistono anche altri tipi di onda: onde del suono, della luce, dei segnali radiofonici, dei movimenti sismici: esse hanno una caratteristica in comune: trasportano energia, ma non trasferiscono la materia e, grazie ad esse, l’uomo riceve una grandissima parte delle informazioni di cui ha bisogno per sopravvivere:. Nel campo della fisica ondulatoria si parla di una frequenza• di oscillazione meccanica (molle, corda vibrante di uno strumento musicale, vibrazione della rete cristallina, vibrazione di molecole , ecc.)
• di oscillazione acustica nel campo di ciò che può essere udito (ambito sonoro) o inudibile come gli infrasuoni, gli ultrasuoni, gli ipersuoni)
Dal punto di vista grafico, un’onda si rappresenta una sinusoide che, nel tempo è un segnale periodico caratterizzato da un'ampiezza (= differenza fra valore maggiore e valore minore) e un periodo (= tempo necessario per far compiere al segnale lo stesso percorso)
Per descrivere e misurare un’onda periodica utilizziamo la frequenza, il periodo, la lunghezza d’onda e l’ampiezza
2. La frequenza di un’onda
La frequenza che si indica, simbolicamente, con la lettera greca v o con f, rappresenta il numero di vibrazioni complete che avvengono in un secondo; essa riflette la velocità con cui il fenomeno si ripete, per cui• più è alto, maggiore è il tasso di ripetizione
• più è basso, più lenta è la frequenza di ripetizione
Il significato fisico di "frequenza" non è quindi molto lontano dal significato abituale di un evento che si verifica spesso.
In fisica, viene data la definizione seguente: La frequenza è il numero di oscillazioni complete che si verificano in una data unità di tempo (un secondo). Per estensione, il termine viene utilizzato anche quando un fenomeno è periodico nello spazio: questo è indicato come frequenza spaziale.
Conseguentemente,
• una frequenza > 1, significa che il fenomeno si ripete più di una volta, in un secondo
• se un fenomeno ha una frequenza • la frequenza non può essere zero perché, in tal caso, non implicherebbe alcuna ripetizione e assenza di periodicità.
2.1 L’hertz: l’unita di misura della frequenza
Un hertz equivale ad un ciclo al secondo, cioè un ciclo corrisponde ad un’onda di un fenomeno periodico Ha il valore di s-1. Il suo eponimo è il fisico tedesco Hertz. Anche l’hertz ha dei multipli e dei sottomultipli. Precisazione : sono molto più utilizzati i multipli che i sottomultipli
I multipli sono:
decaHertz (daHz) corrispondente a 10 Hz, indicato anche con 101 Hz
hettoHertz (hHz) corrispondente a 10
[math]2[/math]
HzchiloHertz (kHz) corrispondente a 10
[math]3[/math]
HzmegaHertz (MHz) corrispondente a 10
[math]6[/math]
HzgigaHertz (GHz) corrispondente a 10
[math]9[/math]
HzteraHertz (THz) corrispondente a 10
[math]12[/math]
HzpetaHertz (PHz) corrispondente a 10
[math]15[/math]
HzexaHertz (EHz) corrispondente a 10
[math]18[/math]
HzzeptaHertz (ZHz) corrispondente a 10
[math]21[/math]
HzyoctoHertz (YHz) corrispondente a 10
[math]24[/math]
Hz2.2 Alcuni valori di frequenza
• Corrente alternata in Europa: 50 Hz
• Corrente alternata negli Stati Uniti: 60 Hz
• Proiezione cinematografica: 24 Hz
• L’orecchio umano è in grado di percepire suoni di frequenza compresa
fra i 20 e i 20.000 Hz.
3.Il periodo di un’onda
Il periodo, che viene indicato con la lettera Y, è il più piccolo intervallo di tempo (= quello di un’oscillazione completa) dopo il quale il moto riprende le stesse caratteristiche di ogni punto del mezzo in cui si propaga l’onda.3.1 Rapporto fra frequenza e periodo
La relazione fra il periodo e la frequenza è espressa dalla formula ν = 1/T, dove
• T è il periodo espresso in secondi
• ν è la frequenza espressa in Hz
Questo significa che se un’oscillazione ha la durata di 1/5 di secondo, in un secondo ci sono 5 oscillazioni complete.
• se il periodo è di 1 secondo, ν = 1/1 = 1 Hz;
• se invece è di 20 secondi, ν = 1/20 = 0,05 Hz.
• se, in 10 secondi si sono prodotte 15 oscillazioni, la frequenza sarà
15/10 = 1,5 hertz
4. La lunghezza d’onda
La lunghezza d’onda (simbolo = λ)corrisponde alla distanza percorsa dall’onda in un determinato periodo, di norma in un secondo4.1 Calcolo della frequenza, conoscendone la lunghezza
Per calcolare la frequenza in funzione della lunghezza d'onda e della velocità si applica la formula:
ν = c/ λ dove:
• c = Celerità o velocità è in metri al secondo (m/s)
• λ = la lunghezza d'onda è in metri (m)
• ν = la frequenza è in Hertz (Hz)
5. L’ampiezza d’onda
Per completare l’argomento, diamo anche la definizione di ampiezza d’ondaL’ampiezza rappresenta il massimo spostamento dalla posizione di equilibrio.
Domande da interrogazione
- Che cosa hanno in comune tutti i tipi di onde menzionati nel testo?
- Come si rappresenta graficamente un'onda e quali sono i parametri principali per descriverla?
- Cosa indica la frequenza di un'onda e come si misura?
- Qual è l'unità di misura della frequenza e come si suddividono i suoi multipli?
- Qual è la relazione tra il periodo e la frequenza di un'onda?
Tutti i tipi di onde menzionati, come le onde del mare, del suono, della luce, dei segnali radiofonici e dei movimenti sismici, hanno in comune il fatto che trasportano energia senza trasferire la materia.
Graficamente, un'onda si rappresenta con una sinusoide, caratterizzata da un segnale periodico con un'ampiezza e un periodo specifici. Per descriverla e misurarla si utilizzano la frequenza, il periodo, la lunghezza d'onda e l'ampiezza.
La frequenza di un'onda indica il numero di vibrazioni complete che avvengono in un secondo e si misura in Hertz (Hz), riflettendo la velocità con cui il fenomeno si ripete.
L'unità di misura della frequenza è l'Hertz (Hz), equivalente a un ciclo al secondo. I suoi multipli includono decaHertz, ettoHertz, chiloHertz, megaHertz, gigaHertz, teraHertz, petaHertz, exaHertz, zeptaHertz e yoctoHertz.
La relazione tra il periodo (T) e la frequenza (ν) di un'onda è espressa dalla formula ν = 1/T, indicando che il periodo è l'inverso della frequenza e viceversa.
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