Che cos'è un'onda meccanica?

Un'onda meccanica è un disturbo che pulsa attraverso una qualche forma di mezzo: un solido, un liquido o un gas, che trasporta l'originale, iniziando energia da un luogo a un altro. Esistono tre tipi di onde meccaniche: trasversale, longitudinale e di confine. Semplici esempi di onde e dei media attraverso i quali si muovono sono il suono nell'aria, le onde sismiche nella roccia e le vibrazioni di una corda di chitarra.

Un esempio di onde meccaniche sono le increspature in uno stagno che si spostano verso l'esterno da dove viene fatta cadere una pietra. L'onda si muove attraverso il mezzo anche se gli atomi e le molecole del mezzo stesso generalmente ritornano nella loro posizione originale dopo essere stati schiacciati, distesi o ruotati dall'onda che li attraversa. L'onda meccanica può muoversi in linea retta, in rotazione o in una combinazione delle due.

Le onde possiedono le caratteristiche di frequenza, periodo, lunghezza d'onda e ampiezza. La distanza tra un impulso d'onda e il successivo è la sua lunghezza d'onda e il tempo tra gli impulsi è il periodo. Per le onde trasversali, l'ampiezza è la distanza che l'onda sposta il mezzo. Il numero di onde che attraversano il mezzo nel tempo è la frequenza dell'onda. Maggiore è la frequenza di un'onda meccanica, maggiore è l'energia che trasmette.

Le onde trasversali trasmettono la loro energia su e giù o lateralmente, costringendo il mezzo a prendere la forma di una cresta e una depressione, come in un'onda sinusoidale. Un buon esempio di questo tipo di onda è un'onda S sismica in cui la crosta terrestre si muove su e giù, o lateralmente, perpendicolare alla direzione di propagazione dell'onda. Il modello di onda meccanica di un'onda trasversale è dato dall'equazione delle onde, un'equazione di energia, la cui soluzione è un'onda sinusoidale che possiede le suddette caratteristiche di frequenza, periodo, lunghezza d'onda e ampiezza.

Le onde longitudinali sono onde di densità che si muovono attraverso l'espansione e la compressione delle particelle del mezzo. Un'espansione e una compressione sono una lunghezza d'onda. Buoni esempi di queste onde sono le onde sonore nell'aria e le onde sismiche P nel terreno. Maggiore è la densità del materiale, più velocemente le onde si muovono attraverso di esso.

Le onde al contorno sono onde meccaniche che risuonano tra due media diversi. Le cavità d'aria e le stringhe vincolate negli strumenti musicali, la vibrazione di un diapason e la forma a corona di una spruzzata di goccioline d'acqua sono buoni esempi di onde meccaniche al contorno. Il suono risonante del diapason è limitato dalla forma e dalle dimensioni del suo confine e dall'elasticità del materiale che lo compone.