Le onde meccaniche Materiale di lavoro Le onde

Le onde meccaniche Materiale di lavoro

Le onde meccaniche Le onde hanno una definizione singolare: trasmissione di energia senza trasporto di materia a meno di un’oscillazione locale delle particelle investite dall’onda. Si parla di onde meccaniche per distinguerle da altre, come le onde elettromagnetiche, che non hanno bisogno di mezzi materiali per propagarsi. Le onde sono quindi impulsi di energia che si trasmettono attraverso mezzi materiali, senza che le particelle della materia si smuovano più di tanto. Due tipi di onda sono quelle fondamentali, anche se ne vengono definite altre. ONDE LONGITUDINALI ONDE TRASVERSALI

Onde longitudinali Consideriamo una sfera in un fluido (parliamo di fluido perché è più visualizzabile ma le perturbazioni possono trasmettersi anche in materiali solidi, vedi terremoti). Immaginiamo per comodità il fluido suddiviso in tanti strati concentrici (colorati in celeste e viola, alternativamente). In fondo, una membrana elastica La sfera ha la capacità di espandersi e di contrarsi (ha un suo motore interno).

Onde longitudinali 1 1° Fase. La sfera si espande e va ad occupare il spazio del primo strato di fluido, spingendo questo ad occupare il secondo e così via. Lo strato a contatto con la membrana elastica, spinto dallo strato adiacente, va a pressarla e quindi a deformarla.

Onde longitudinali 2 2° Fase. La sfera si contrae e va ad riassumere il suo volume originario. Ciò facendo lascia a disposizione un certo volume che viene occupato dal primo strato di aria, il quale, a sua volta ne lascia uno per il secondo strato di aria e così via. La membrana elastica, non più pressata riprende la sua forma originaria. In definitiva, l’impulso energetico, partito dalla sfera, si propaga nello spazio (ben oltre i limiti angusti del disegno) e ogni particella del mezzo compie un’oscillazione attorno ad un proprio punto di equilibrio.

Onde longitudinali 3 Questo tipo di onda viene chiamato longitudinale perché la direzione della trasmissione dell’impulso è parallelo alla direzione delle oscillazioni locali delle particelle del mezzo. Il meccanismo fisico che determina le onde longitudinali è la pressione. Ogni strato di fluido comprime il successivo (oppure lascia spazio, creando un depressione) determinando il moto dell’impulso energetico.

Onde trasversali Facciamo ancora ricorso al modello della sfera in un fluido). Immaginiamo per comodità il fluido suddiviso in tanti strati concentrici (colorati in celeste e viola, alternativamente). In fondo, questa volta, per rendere più evidente l’effetto dell’impulso energetico, una superficie sabbiosa. La sfera ha la capacità di ruotare alternativamente nei due versi, orario e antiorario (ha un suo motore interno).

Onde trasversali 1 1° Fase. La sfera ruota attorno al suo centro in senso oraio e compie un quarto di giro. Il primo strato di fluido viene trascinato nella rotazione e a sua volta esso trascina il secondo strato e così via. Lo strato a contatto con la sabbia provoca un moto dei granelli di sabbia.

Onde trasversali 2 2° Fase. La sfera compie adesso un quarto di giro in senso antiorario. Anche questa volta lo strato di fluido adiacente alla sfera viene trascinata nella rotazione e a sua volta trascina lo strato successivo e così via. La sabbia del pannello fisso viene riportata, più o meno, al suo posto. Anche questa volta l’impulso energetico, partito dalla sfera, si propaga nello spazio (ben oltre i limiti angusti del disegno) e ogni particella del mezzo compie un’oscillazione attorno ad un proprio punto di equilibrio.

Onde trasversali 3 Questo tipo di onda viene chiamato trasversale perché la direzione della trasmissione dell’impulso è perpendicolare alla direzione delle oscillazioni locali delle particelle del mezzo. Il meccanismo fisico che determina le onde trasversali è la viscosità. Ogni strato di fluido trascina il successivo trasmettendo nello spazio l’impulso energetico.

Onde impulsive La corda tesa riceve un impulso da una mano che la spinge verso l’alto e poi torna alla posizione d’equilibrio. L’impulso si muove lungo la corda. La corda tesa riceve un impulso da una mano che la spinge verso l’alto, poi verso il basso e infine torna alla posizione d’equilibrio. L’impulso si muove lungo la corda.

Onde periodiche Quando la corda tesa riceve una serie di impulsi e questi sono regolari nel tempo e hanno la stessa intensità. Allora le onde che si formano si chiamano onde periodiche Cresta Posizione d’equilibrio Ventre Punto massimo dell’oscillazione Punto mediano, quando il fluido è in quiete Punto minimo dell’oscillazione

Rappresentazione spaziale l A l l l=2 m A = 3, 4 m E’ In possibile una rappresentazione misurare la lunghezza spaziale il d’onda, grafico rappresenta distanza frail profilo qualsiasi dell’onda coppia come di punti se essa omologhi fosse tra fotografata due onde attraverso successivela parete di vetro E l’ampiezza, verticale di una distanza tra la vasca. posizione di equilibrio e una Naturalmente in cresta o un ventre un determinato istante di tempo.

Rappresentazione spaziale

Rappresentazione spaziale 1 l A l=3 m A=2 m

Rappresentazione temporale E’ misurare Sipossibile rappresenta il periodo, intervallo l’oscillazione di di tempo in cui la una particella, particella compie lungo l’asse un’oscillazione completa. delle y, con lo T scorrere del O la frequenza, numero tempo. di oscillazioni che avvengono in un secondo Tra frequenza e periodo esiste una relazione di proporzionalità inversa T=3 s f = 0, 33 s-1 f = 1/T

Rappresentazione temporale T = 42 s f = 0, 25 0, 5 s-1 s-1

Velocità delle onde La velocità delle onde dipende esclusivamente dalle proprietà del mezzo in cui si trasmette. Lunghezza d’onda; ovvero distanza che la perturbazione percorre mentre una particella compie un’oscillazione completa Periodo; ovvero tempo che una particella impiega per compiere un’oscillazione completa l =v T v = f. l