Quali sono le aree di compressione e rarefazione nelle onde?

Le onde possono assumere due forme fondamentali: movimento trasversale o su e giù e compressione longitudinale o materiale. Le onde trasversali sono come le onde dell'oceano o le vibrazioni di un filo di pianoforte: puoi facilmente vedere il loro movimento. Le onde di compressione, al confronto, sono strati alternati invisibili di molecole compresse e rarefatte. Le onde sonore e d'urto viaggiano in questo modo.

Le onde di compressione possono viaggiare solo attraverso un qualche tipo di mezzo materiale, come aria, acqua o acciaio. Un vuoto non può trasportare onde di compressione, poiché non ha sostanza per condurre l'energia. La loro dipendenza da un mezzo significa che queste sono onde meccaniche e il mezzo determina la loro velocità di movimento. La velocità del suono nell'aria, ad esempio, è di 346 metri al secondo. Un materiale denso come l'acciaio conduce il suono a 6.100 metri al secondo.

Se potessi vedere un'onda di compressione che si muove nell'aria, vedresti un'area di molecole compresse nella direzione da cui si muove l'onda. Le molecole diventano sempre più rarefatte dopo il punto di massima compressione, fino a vedere un'area di pressione più bassa con il minor numero di molecole d'aria. L'aria diventa progressivamente più densa dopo quel punto, fino a raggiungere nuovamente una compressione massima. La distanza tra i punti di massima compressione o rarefazione è una lunghezza d'onda. Quando la frequenza di un'onda sale, la sua lunghezza d'onda si accorcia.

Due o più onde, attraversando lo stesso punto in un mezzo, interferiscono tra loro. Puoi vederlo se fai cadere due pietre in uno stagno immobile; le increspature si diffondono e si sovrappongono l'una all'altra. Lo stesso accade con le onde di compressione. Se un punto di compressione incontra un punto rarefatto, i due si annullano a vicenda. Se due punti di compressione si incontrano, si rinforzano a vicenda, creando un punto avente il doppio della pressione.

Un getto che si muove nell'aria più veloce della velocità del suono produce un boom sonico. Mentre il getto avanza, le molecole d'aria si accumulano davanti ad esso, come la neve davanti all'aratro. Gli strati di aria compressa e rarefatta non escono direttamente da una sorgente, come avviene con il suono. L'onda d'urto forma uno schema a forma di cono con la punta appena davanti all'aereo e le onde di compressione che si muovono dietro di essa in cerchi sempre più grandi.