Che cos'è un'onda sinusoidale?
Un'onda sinusoidale, o sinusoide, è un costrutto matematico (in particolare una funzione) utilizzato per modellare e prevedere una varietà di fenomeni ciclici, tra cui l'ascesa e la caduta delle maree, l'oscillazione di una sorgente, la luce incidente che colpisce il suolo dal Sole nel corso della giornata, l'intensità di un'onda sonora e milioni di altri esempi. L'onda sinusoidale è di solito la prima funzione che gli studenti apprendono studiando il pre-calcolo (trigonometria). Il modo più semplice per scrivere una funzione dell'onda sinusoidale è f (x) = sinx, dove "sin" significa "seno", e x è la variabile su cui si opera.
Praticamente tutto nella realtà oscilla. Tutta l'energia elettromagnetica, compresa la luce visibile, le microonde, le onde radio e i raggi X, può essere rappresentata da un'onda sinusoidale. Al livello più basso, anche la materia oscilla come un'onda, ma per gli oggetti macroscopici, queste oscillazioni sono così minime che devono essere impossibili da misurare. Le onde sonore possono essere rappresentate come onde sinusoidali e le onde su e giù su un oscilloscopio possono essere la rappresentazione più ampiamente nota di un'onda sinusoidale. Lo studio delle onde sinusoidali e delle relative funzioni è il tipo più elementare di matematica superiore (post-algebra).
Oltre ad apparire nelle onde sonore, nelle onde luminose e nelle onde oceaniche, l'onda sinusoidale è anche molto importante in elettronica, poiché l'intensità di una corrente alternata può essere modellata da un'onda sinusoidale. La corrente di un sistema di rettifica a onda intera a corrente continua, utilizzata per convertire CA in CC, può essere modellata utilizzando un'onda sinusoidale di valore assoluto, in cui l'onda è simile a un'onda sinusoidale normale perché il valore rimane sempre sopra l'asse x, con il doppio di picchi rispetto a una normale funzione sinusoidale. Insieme all'onda sinusoidale c'è suo cugino, l'onda del coseno, che è esattamente la stessa tranne che spostata a destra di mezzo ciclo.
Nel 1822, il matematico francese Joseph Fourier scoprì che qualsiasi onda poteva essere modellata come una combinazione di diversi tipi di onde sinusoidali. Questo vale anche per le onde insolite come le onde quadrate e le onde molto irregolari come il linguaggio umano. La disciplina di ridurre un'onda complessa a una combinazione di onde sinusoidali si chiama analisi di Fourier ed è fondamentale per molte delle scienze, in particolare quelle che coinvolgono suono e segnali. L'analisi di Fourier è fondamentale per l'elaborazione del segnale e l'analisi delle serie temporali, in cui set di punti di dati apparentemente casuali sono studiati per chiarire una tendenza statistica. L'analisi di Fourier viene anche utilizzata nella teoria della probabilità, dove viene utilizzata per dimostrare il teorema del limite centrale, che aiuta a spiegare perché le curve a campana, o le normali distribuzioni, sono onnipresenti in natura.