Caratteristiche delle onde

Poiché le onde meccaniche sono le più facilmente osservabili, esse verranno di seguito usate come riferimento utile per descrivere il comportamento e le caratteristiche principali di tutte le onde.

Il moto ondulatorio, qualunque sia il tipo di onda, è descrivibile attraverso alcune caratteristiche fondamentali. La grandezza che oscilla (l'altezza del livello dell'acqua nel caso delle onde del mare, il campo elettrico nel caso delle onde elettromagnetiche, la pressione dell'aria nel caso delle onde sonore ecc.) segue un movimento sinusoidale, ovvero descrive una curva, detta sinusoide, caratterizzata da creste (i punti più alti dell'oscillazione) e avvallamenti, o ventri (i punti più bassi dell'oscillazione) successivi (v. fig. 20.2).

I principali parametri che caratterizzano il moto ondulatorio sono:

ampiezza dell'onda (A), rappresentata dalla variazione massima della grandezza oscillante. Onde con ampiezza maggiore trasportano maggiori quantità di energia: per produrre un'onda con un'ampiezza maggiore occorre compiere più lavoro. Venti più forti, per esempio, producono onde più alte sulla superficie del mare e, quando imprimiamo un movimento oscillante a una fune, maggiore è la forza che conferiamo alle spinte maggiore sarà l'ampiezza dell'oscillazione della fune; lunghezza d'onda (), data dalla distanza minima (misurata in metri) fra due creste o due ventri successivi; periodo (T), l'intervallo di tempo (misurato in secondi) in cui avviene un'oscillazione completa, ovvero l'intervallo di tempo impiegato dall'onda per ritornare nella medesima posizione (per esempio, il tempo intercorso tra due creste o tra due ventri successivi); frequenza (), data dal numero di oscillazioni in un secondo compiute dall'onda. La frequenza si misura in hertz (simbolo Hz), dove 1 Hz = 1 s^-1, ed è l'inverso del periodo:



velocità di propagazione dell'onda (v), che è la velocità con cui l'oscillazione si sposta nella direzione di propagazione. Poiché in un tempo lungo quanto un periodo (T) l'onda si sposta di un tratto esattamente uguale alla sua lunghezza d'onda (), il rapporto tra la velocità di propagazione e gli altri parametri caratteristici dell'onda è dato dalle relazioni:



oppure, tenuto conto della relazione tra il periodo e la frequenza ( = 1/T):

Questo significa che, a parità di velocità di propagazione, onde con lunghezza d'onda maggiore avranno frequenze minori e, viceversa, onde con lunghezza d'onda minore avranno frequenze maggiori.

La velocità di propagazione di un'onda dipende dal mezzo materiale nel quale l'onda si propaga. Le onde luminose, e in genere le onde elettromagnetiche, che non necessitano di un mezzo materiale per propagarsi, viaggiano nel vuoto con velocità di propagazione altissima

questo valore è il rapporto di proporzionalità inversa che esiste tra la frequenza e la lunghezza d'onda di un'onda elettromagnetica.