Onde meccaniche

Al passaggio di un'onda meccanica la materia subisce una deformazione elastica: le particelle che costituiscono il mezzo materiale si spostano rispetto alla loro posizione di riposo e vi ritornano quando l'ampiezza dell'onda diventa nulla.

Durante la propagazione di un'onda, lo spostamento, la velocità e l'energia meccanica (cinetica e potenziale elastica) di un elemento di massa o volume vengono trasmessi a quello adiacente. In questo modo le onde trasportano energia meccanica attraverso la materia.

Nelle onde longitudinali le particelle investite dall'onda subiscono spostamenti paralleli alla direzione di propagazione dell'onda. 

 

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Esempio di onda longitudinale uni-dimensionale: un pistone comprime un gas in un cilindro. L'onda di compressione si propaga lungo l'asse del cilindro.

Esempio di onda longitudinale uni-dimensionale sinusoidale. Un pistone comprime periodicamente il gas in un cilindro.

E' importante notare che durante la propagazione dell'onda nel cilindro le singole particelle di gas compiono soltanto piccoli spostamenti attorno alla loro posizione iniziale.

 

Nelle onde trasversali le particelle investite dall'onda subiscono spostamenti ortogonali alla direzione di propagazione dell'onda.

 

es:

Esempio di impulso trasversale che si propaga lungo una corda tesa

Esempio di onda trasversale uni-dimensionale sinusoidale in una corda tesa. Mentre osserviamo l'onda propagarsi verso destra ogni elemento di corda, come quello evidenziato in nero, compie oscillazioni trasversali attorno alla posizione di riposo della corda, che coincide con l'asse disegnato.

Esempio di onda trasversale uni-dimensionale in un mezzo materiale

 

Altro esempio di onda trasversale. Le 'ole' allo stadio sono onde di entusiasmo che si propagano attraverso gli spettatori. E' importante notare che mentre le 'ole' percorrono tutto l'anello dello stadio gli spettatori rimangono al loro posto.

 

Esistono anche onde nelle quali le particelle del mezzo subiscono spostamenti sia longitudinali che trasversali (come ad es. le onde marine).

es:  

Quando si propaga un'onda marina le particelle d'acqua compiono un moto circolare o ellittico attorno alla loro posizione iniziale. Anche se le onde marine percorrono migliaia di chilometri le particelle d'acqua in media non si spostano, come si può osservare seguendo il moto dei puntini blu, che avviene lungo una traiettoria circolare.

 

Le onde possono propagarsi lungo una sola direzione (es. onda su una corda tesa), nel piano (es. onde provocate da un sasso lasciato cadere in uno stagno) o in tutto lo spazio (es. onde sonore generate da sorgenti puntiformi).

In quest'articolo è spiegata la dipendenza delle onde dalla profondità dell'acqua

Le Onde

Le onde di oceani, mari e laghi sono principalmente generate dall'effetto del vento che soffia sulla superficie dell'acqua. Schema dei principali elementi caratteristici di un'onda.Un'onda e' caratterizzata dalle seguenti proprieta': Cresta E' la parte piu' alta dell'onda Cavo E' la parte piu' bassa dell'onda Lunghezza (L) E' la distanza orizzontale tra due creste o cavi successivi Altezza (H) E' la distanza verticale tra la cresta ed il cavo Pendenza E' il rapporto H/L Tra l'altezza H di un'onda e la sua lunghezza L, normalmente non viene superato il rapporto 1:7.Il tempo che intercorre tra il passaggio di due creste consecutive, rispetto ad un osservatore fisso, e' chiamato periodo T dell'onda.In base alle osservazioni, la maggior parte delle onde ha una lunghezza compresa tra 30 e 200 metri, con un periodo compreso tra i 4 e i 15 secondi, una velocita' di 10-15 metri al secondo. Raramente superano i 10 metri di altezza, anche se onde oceaniche eccezionalmente possono arrivare a 20 metri e gli tsunami a 30 metri.Nonostante l'apparenza, le onde non traspostano materia ma solo energia; osservando un'onda sembra che l'acqua si stia spostando, in realta' le molecole d'acqua rimangono pressoche' ferme, compiendo solo piccole rotazioni intorno alla loro posizione di equilibrio, e' l'energia invece che si sposta.Per le onde di acqua profonda, cioe' per quelle onde aventi una semilunghezza minore della profondita' del fondale, valgono le seguenti relazioni:L = 1.5 * T^2v = 1.5 * T v = 1.2 * sqrt(L)La terza relazione e' particolarmente importante perche' dice che la velocita' dell'onda cresce al crescere della sua lunghezza d'onda, pertanto potrebbe accadere che la sua velocita' divenga superiore a quella del vento che l'ha generata, e di conseguenza arrivare prima.Per le onde di acqua bassa, cioe' quando il fondale e' meno profondo della semilunghezza d'onda, la velocita' e' indipendente dalla lunghezza d'onda e proporzionale alla radice della profondita':v = 3.1 * sqrt (D)I fondali rivestono un'importanza fondamentale nella formazione e trasmissione delle onde.In prossimita' delle coste, quando lo spessore della massa d'acqua diventa inferiore alla meta' della lunghezza d'onda, le orbite circolari di superficie si deformano progressivamente con la profondita', diventando ellittiche e sempre piu' schiacciate, fino a che vicino al fondo le particelle si muovono parallelamente ad esso con moto rettilineo alternato. Onde in avvicinamento alle coste.In generale nei bassi fondali, la velocita' di propagazione delle onde dipende dalla profondita' del fondale. Cosi' un'onda che scorre in acque via via piu' basse, diminiusce la velocita' v a causa dell'attrito con il fondo e di conseguenza la lunghezza d'onda L. Aumenta quindi la pendenza H/L, l'onda diventa piu' stretta e quando l'angolo racchiuso dal profilo di una cresta raggiunge i 120 gradi l'onda si rompe. In prossimita' della riva questo accade quando la profondita' del fondale e' inferiore a una volta e mezzo l'altezza dell'onda. Cosi' un'onda alta 1 metro iniziera' a rompersi quando il fondale si trova a meno di un metro e mezzo di profondita'.

ciao, benvenuti! :D