Le onde sono una propagazione di un disturbo in un mezzo che trasmette energia da un luogo all'altro. Esistono molti tipi diversi di onde, comprese le onde sonore, le onde di superficie, le onde sismiche e le onde elettromagnetiche e luminose.
Ci sono due modi principali in cui il mezzo oscilla rispetto alla direzione di propagazione dell'onda: trasversalmente e longitudinalmente. Ecco alcuni esempi di entrambi i tipi di onde e la fisica dietro di loro.
Onde trasversali
Il moto ondoso trasversale si verifica quando i punti nel mezzo oscillare ad angolo retto alla direzione del viaggio dell'onda. Se un'onda viaggia da sinistra a destra, le particelle del mezzo vibreranno su e giù sul posto.
Esempi di onde trasversali includono onde su una corda o l'onda creata da una folla dello stadio a una palla gioco (dove l'onda si muove intorno allo stadio mentre le singole persone si muovono semplicemente su e giù nelle loro sedili).
Le onde elettromagnetiche, o onde luminose, sono trasversale. Mentre si propagano, i campi elettrici e magnetici oscillano perpendicolarmente alla direzione del moto. Le onde elettromagnetiche, a differenza delle onde meccaniche che richiedono un mezzo, possono propagarsi nel vuoto dello spazio. È così che la Terra può ricevere la luce solare e stellare da miliardi di anni luce di distanza.
Un altro esempio di onda trasversale è la membrana di un tamburo quando viene percossa; la membrana si muove su e giù mentre le onde viaggiano attraverso la sua superficie. Quando la membrana vibra in questo modo, crea onde sonore che si propagano nell'aria, che sono longitudinali anziché trasversali.
Onde longitudinali
Onde longitudinali, chiamate anche also onde di pressione e onde di compressione, oscillano parallelamente alla direzione del moto dell'onda. Se un'onda viaggia da sinistra a destra, anche lo spostamento del mezzo è da sinistra a destra ma oscilla sul posto comprimendosi e allungandosi.
Quando un suono viaggia attraverso un mezzo, come l'aria, provoca compressioni (regioni di maggiore densità) e rarefazioni (regioni di ridotta densità) nell'aria mentre viaggia. Diversi tipi di suoni avranno diversi modelli di compressioni e rarefazioni.
Esempi di onde longitudinali includono le onde sonore o le onde che puoi creare allungando un slinky lungo il pavimento e spingendolo o tirandolo lungo la sua lunghezza. Puoi anche vedere queste onde nell'acqua e in altri fluidi o nella terra, ma questi esempi possono avere anche onde trasversali.
Onde d'acqua e terremoti
L'acqua e la terra sono mezzi che sperimentano tutti e due trasversale e onde longitudinali. I terremoti hanno entrambi i tipi di onde, mentre le onde d'acqua hanno una combinazione speciale di onde trasversali e longitudinali che sono chiamate onde di superficie.
In sismologia, lo studio dei terremoti, ci sono due tipi principali di onde: onde p e onde s. Le onde P, o onde primarie, sono longitudinali, dove la terra si comprime e si allunga nella direzione della propagazione delle onde.
Le onde S, o onde secondarie, sono trasversali, dove la terra si muove su e giù mentre l'onda viaggia. Le onde primarie sono più veloci delle onde secondarie e quindi sono spesso le prime ad essere rilevate in un terremoto.
Nell'acqua e in altri fluidi, le onde sono più complicate. Le particelle d'acqua sulla superficie si muoveranno su e giù al passaggio di un'onda - movimento trasversale - ma loro sperimenterà anche compressione nella parte superiore dell'onda e rarefazione nella parte inferiore - longitudinale movimento. In effetti, se segui una singola particella d'acqua sulla superficie mentre le onde la attraversano, la vedrai effettivamente muoversi in cerchio! Queste sono chiamate onde di superficie.
Lontano dalla superficie, tutte le onde nel fluido sono longitudinali poiché i fluidi sfusi non sono mezzi sufficientemente rigidi per trasmettere energia trasversalmente. I solidi sfusi, tuttavia, possono sostenere le onde trasversali.