Onde - Concetti e ruolo nella scienza

Onde – Concetti e ruolo nella scienza

Molti aspetti del mondo che ci circonda possono essere descritti tracciando delle onde. Infatti:

• sassolino buttato nel lago
• onde del mare
• molla
• suoni (musica)
• luce
• onde da elettrodomestici

Ciò che hanno in comune tutti questi esempi sono il “modo” in cui si muovono: si propagano, cioè partono da un punto iniziale “sorgente” e si spostano in modo regolare seguendo una direzione e apparentemente “spostando” il mezzo in cui si trovano.
Riprendendo gli esempi precedenti:

• onde per sassolino buttato nel lago: mezzo → acqua del lago; sorgente → punto di caduta sassolino
• onde del mare: mezzo → mare; sorgente → punto di inizio del movimento
• molla: mezzo → aria; sorgente→ estremità molla
• suoni (musica): mezzo → aria; sorgente → strumento musicale
• luce: mezzo → aria; sorgente → sole/lampadina
• onde da elettrodomestici: mezzo → aria; sorgente → elettrodomestico

Nel disegno allegato, si vede com’è fatta un’onda.

Ora, le onde sono in pratica le linee di traiettoria seguita da qualcosa che si muove. Come detto prima, apparentemente c’è spostamento del mezzo, ma in realtà nel momento in cui l’onda finisce torna tutto nella stessa posizione. Per poi re-spostarsi e ricominciare tramite ciclo ritmico. Quindi non spostandosi niente , nessuna materia viene trasportata: invece, le onde trasportano energia. Il concetto che le onde trasportano energia è legato alla legge di conservazione dell’energia: se c’è qualcosa che si muove, c’è anche energia cinetica che viene “trasportata” con le molecole stesse del mezzo in movimento.
Come detto prima, essendoci ritmicità del movimento, c’è anche frequenza: quante volte in un secondo si forma e scompare un’onda (intesa come una sola oscillazione che l’onda si “sposti più in là”). Vedi disegno. La frequenza è un valore numerico quindi ha unità di misura in Hertz.

Esempio

Un’onda compie 6 oscillazioni al secondo, qual è la sua frequenza?
Facilmente, in un solo secondo ci sono 6 oscillazioni, quindi la frequenza è 6 Hz.

Un’onda ha sorgente, mezzo... ma quando termina? O si propaga per sempre? Casi:

-incontra un ostacolo nel suo cammino: tale ostacolo funge da parete che blocca il “movimento”. Ma, sempre perché questa energia a “onda” deve finire da qualche parte, in parte è assorbita dall’ostacolo, in parte l’onda e la sua energia tornano indietro e continuano a propagarsi con cambio di verso: questa è l’eco e il sonar (ecoscandaglio delle navi). L’ostacolo può essere anche ad esempio l’attrito della riva per le onde marine.
-non incontra un vero ostacolo: man mano perde energia cinetica che diventa potenziale

Esempio

Dopo quanto tempo inizi a sentire l’eco se urli verso una montagna posta a 686 metri di distanza da te? Considera che il suono della nostra voce nell’aria viaggia a 343 m/s.
In un secondo, la voce percorre 343 metri, in due secondi raggiunge la montagna a 686 metri di distanza. Deve tornare alle nostre orecchie con lo stesso percorso a ritroso. Impiega un totale di 4 secondi.