Tipi di onde

Tipi di onde

Le onde giocano un importante ruolo in molti campi della nostra vita.

Fisica

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Scene

Onde longitudinali

  • Onda longitudinale - Lo spostamento delle particelle è parallelo alla direzione della propagazione dell'onda. Le onde meccaniche che viaggiano attraverso i gas sono sempre longitudinali.
  • altoparlante - L'altoparlante emette onde sonore longitudinali. Il suono, come qualsiasi altra onda, è caratterizzato da parametri come lunghezza d'onda, frequenza, velocità di propagazione e ampiezza.
  • direzione di propagazione dell'onda
  • movimento delle particelle

Le onde meccaniche più semplici sono le onde sonore che si propagano attraverso un gas. Una sorgente sonora provoca la vibrazione delle molecole di gas. Successivamente, le molecole già in vibrazione inducono al movimento anche altre molecole a loro vicine. Questo processo si ripete diverse volte e in tal modo si propaga la vibrazione.
Le onde meccaniche che attraversano i gas sono sempre longitudinali, ovvero la direzione del movimento delle particelle è parallela alla direzione di propagazione dell'onda. Ciò è dovuto al fatto che le particelle del gas non si attraggono reciprocamente, per cui non viene esercito alcuno sforzo di taglio. Una singola particella può far vibrare solo quelle che si trovano davanti ad essa. Le onde longitudinali non possono essere polarizzate.

Onde trasversali

  • Onda trasversale - Lo spostamento delle particelle è perpendicolare alla direzione della propagazione dell'onda.
  • direzione di propagazione dell'onda
  • movimento delle particelle

Le onde meccaniche che attraversano i solidi od i liquidi possono essere longitudinali o trasversali.

Le onde trasversali sono onde in cui lo spostamento delle particelle è perpendicolare alla direzione di propagazione dell'onda. Quando si pizzica la corda di una chitarra, l'onda percorre la corda, ma la vibrazione è perpendicolare al movimento dell'onda.
Se la vibrazione avviene completamente sullo stesso piano, si tratta di un'onda polarizzata linearmente.

Onde complesse - Onde d'acqua

  • Onda di acqua - È la combinazione di onde longitudinali e trasversali. Le particelle di acqua si muovono seguendo traiettorie circolari.

La maggior parte delle onde osservate in natura non è puramente trasversale o longitudinale, proprio così come le onde trasversali non sono sempre polarizzate in un unico piano.

Questi movimenti di particelle di un determinato mezzo si verificano di solito contemporaneamente. Ogni movimento d'onda complesso può essere descritto come la combinazione di un'onda longitudinale e di una o più onde trasversali. Ad esempio, quando guardiamo le onde sulla superficie dell'acqua, le particelle si muovono non solo in su e in giù, ma anche in avanti e indietro, è per questo che le onde dell'acqua possono essere anche descritte come una combinazione di onde longitudinali e trasversali.
La ragione di questo fenomeno è che l'acqua non è un mezzo comprimibile, pertanto le particelle che si muovono in discesa non comprimono le particelle sotto di loro, ma le spingono ai lati. Le onde che attraversano un mezzo solido (ad esempio onde sismiche) sono ancora più complesse.

Polarizzazione

  • onda trasversale polarizzata circolarmente - È la combinazione di due onde trasversali, che sono perpendicolari l'una all'altra.
  • onda trasversale polarizzata linearmente - Il movimento delle particelle avviene in un unico piano, perpendicolarmente alla direzione della propagazione dell'onda.
  • polarizzatore - Attraversando questo filtro le onde diventano linearmente polarizzate.
  • polarizzatore perpendicolare

Un'onda polarizzata ellitticamente è la combinazione di due onde trasversali, ma in particolari casi tale onda può essere polarizzata circolarmente.

Un'onda polarizzata circolarmente può essere generata facilmente, legando una estremità di una corda elastica alla pala di un ventilatore e mantenendo la corda in tensione, tirandone l'altra estremità.
Per trasformare un'onda polarizzata circolarmente in un'onda polarizzata linearmente, è necessario utilizzare un polarizzatore. Nel caso di onde meccaniche, questo polarizzatore è il fenditura. Quando l'onda la attraversa diventa polarizzata linearmente.
Se un altro polarizzatore, perpendicolare al primo, viene posizionato sulla strada dell'onda, essa non lo attraversa.

Onde elettromagnetiche

  • radiazione elettromagnetica emessa dal dipolo - Il campo elettrico che cambia intorno all'antenna induce un campo magnetico che cambia, generando a sua volta un campo elettrico che cambia. Questo processo si ripete all'infinito.
  • antenna - La distribuzione di carica cambia periodicamente nell'antenna, pertanto anche il campo elettrico attorno all'antenna cambia periodicamente.

Le onde elettromagnetiche non sono vibrazioni di un mezzo materiale. In realtà, non hanno bisogno di un mezzo per propagarsi, anzi, si propagano più velocemente attraverso il vuoto.

Sono generate in questo modo: il campo elettrico che cambia produce un campo magnetico che cambia, generando a sua volta un altro campo elettrico che cambia. Questo processo si ripete all'infinito.
Nel caso di onde elettromagnetiche, non ci sono particelle vibranti nel campo dell'onda, perciò non è facile interpretare la polarizzazione. Tuttavia, se identifichiamo la direzione della vibrazione con quella del vettore del campo elettrico che cambia, le onde elettromagnetiche sono da considerarsi anche onde trasversali, dal momento che la loro polarizzazione può essere lineare o più complessa.
La luce naturale è un'onda non polarizzata in un unico piano poiché non viene da un'unica sorgente. Numerose molecole o atomi la generano indipendentemente l'uno dall'altro, polarizzandola in diversi piani. La luce naturale può essere polarizzata con filtri ottici di polarizzazione.

Onde gravitazionali

  • Onde gravitazionali - Possono essere generate da due stelle che orbitano l'una attorno all'altra.

Le onde gravitazionali vengono generate come conseguenza di masse acceleranti. Tali onde possono essere considerate come ondulazioni nello spazio-tempo. Passando attraverso un determinato punto, le onde gravitazionali provocano l'espansione e la contrazione periodica dello spazio-tempo. Ciò può essere rilevato solo con strumenti molto precisi e solo se le masse di accelerazione sono molto grandi, come ad esempio nel caso delle stelle binarie orbitanti l'una attorno all'altra, che possono generare onde gravitazionali significative e rilevabili.

Tipi di onde

  • Sorgente
  • Meccanico
  • Elettromagnetico
  • Gravitazionale
  • Direzione della vibrazione
  • Longitudinale
  • Trasversale
  • Complesso
  • Frequenza, lunghezza d'onda
  • Infrasuono - È generato dai terremoti o emesso anche da balene e da elefanti. Ha una frequenza da 0 a 20 Hz.
  • Suono udibile - La frequenza delle onde sonore, udibili all'uomo, varia da 20 a 20.000 Hz.
  • Ultrasuono - È utilizzato da pipistrelli e delfini, ma anche in medicina per la diagnosi prenatale. Ha una frequenza superiore a 20.000 Hz.
  • Onda radio - [b]Onda lunga[/b] - lunghezza d'onda: 2.000-1.000 m, frequenza: 1,5x10⁵-3x10⁵Hz [b]Onda media[/b] - lunghezza d'onda: 600-150 m, 5×10⁵–2×10⁶Hz [b]Onda corta[/b] - lunghezza d'onda: 50-15 m, frequenza: 6×10⁶-2×10⁷Hz [b]Onda ultracorta[/b] - lunghezza d'onda: 15-1 m, frequenza: 2x10⁷-3x10⁸Hz Questo tipo di onda è utilizzato da radio e radar.
  • Microonda - Lunghezza d'onda: 1 m-0,03 mm, frequenza: 3×10⁸–10¹³ Hz Sono utilizzate da telefoni cellulari, da router Wi-Fi e da forni a microonde.
  • Radiazione infrarossa - Lunghezza d'onda: 0,3 m-760 nm, frequenza: 10¹²–3,9×10¹⁴ Hz Il Sole, il termosifone e il corpo umano emettono calore sotto forma di radiazioni infrarosse.
  • Luce visibile - Lunghezza d'onda: 760-380 nm, frequenza: 3,9×10¹⁴–7,8×10¹⁴ Hz Anche la luce percepita dai nostri occhi è un tipo di onda elettromagnetica.
  • Radiazione ultravioletta - Lunghezza d'onda: 380-10 nm, frequenza: 7,8×10¹⁴–3×10¹⁶ Hz I raggi UV dannosi sono responsabili delle scottature.
  • Radiazione x - Lunghezza d'onda: 1 nm-1 pm, frequenza: 3×10¹⁶–3×10²⁰ Hz L'esposizione eccessiva ai raggi X, usati in diagnostica medica, è in grado di danneggiare i nostri tessuti.
  • Radiazione gamma - Lunghezza d'onda: 0,3 nm-30 fm, frequenza: 10¹⁸–10²² Hz È il tipo più pericoloso di radiazione elettromagnetica. È di origine cosmica e viene generata durante reazioni nucleari.
  • Altre onde meccaniche

Le onde giocano un ruolo estremamente importante in vari campi della nostra vita. Noi usiamo i nostri sensi per percepire il nostro ambiente. Il suono e la luce, ma anche i terremoti, altro non sono che onde. Anche le trasmissioni radio, il radar ed il laser sono basati sulle onde.

Le onde possono essere classificate a seconda delle loro proprietà. Le categorie più comuni si basano sull'identificazione del mezzo attraverso il quale si propagano. Possono essere raggruppate anche per polarizzazione e per frequenza.

In base al mezzo, le onde possono essere dei seguenti tipi:
1) Onde meccaniche (ad es. suoni, ultrasuoni, onde sismiche, onde d'acqua).
2) Onde elettromagnetiche (luce, onde radio, radiazioni a raggi infrarossi, radiazioni ultraviolette, raggi X, raggi gamma, microonde).
3) Onde gravitazionali.
4) Anche le funzioni che descrivono lo stato quantico dei sistemi sono considerate onde, pertanto sono definite anche funzioni d'onda.

Animazione

  • Onda longitudinale - Lo spostamento delle particelle è parallelo alla direzione della propagazione dell'onda. Le onde meccaniche che viaggiano attraverso i gas sono sempre longitudinali.
  • altoparlante - L'altoparlante emette onde sonore longitudinali. Il suono, come qualsiasi altra onda, è caratterizzato da parametri come lunghezza d'onda, frequenza, velocità di propagazione e ampiezza.
  • direzione di propagazione dell'onda
  • movimento delle particelle
  • Onda trasversale - Lo spostamento delle particelle è perpendicolare alla direzione della propagazione dell'onda.
  • direzione di propagazione dell'onda
  • movimento delle particelle
  • Onda di acqua - È la combinazione di onde longitudinali e trasversali. Le particelle di acqua si muovono seguendo traiettorie circolari.
  • onda trasversale polarizzata circolarmente - È la combinazione di due onde trasversali, che sono perpendicolari l'una all'altra.
  • onda trasversale polarizzata linearmente - Il movimento delle particelle avviene in un unico piano, perpendicolarmente alla direzione della propagazione dell'onda.
  • polarizzatore - Attraversando questo filtro le onde diventano linearmente polarizzate.
  • polarizzatore perpendicolare
  • radiazione elettromagnetica emessa dal dipolo - Il campo elettrico che cambia intorno all'antenna induce un campo magnetico che cambia, generando a sua volta un campo elettrico che cambia. Questo processo si ripete all'infinito.
  • antenna - La distribuzione di carica cambia periodicamente nell'antenna, pertanto anche il campo elettrico attorno all'antenna cambia periodicamente.
  • Onde gravitazionali - Possono essere generate da due stelle che orbitano l'una attorno all'altra.
  • Sorgente
  • Meccanico
  • Elettromagnetico
  • Gravitazionale
  • Direzione della vibrazione
  • Longitudinale
  • Trasversale
  • Complesso
  • Frequenza, lunghezza d'onda
  • Infrasuono - È generato dai terremoti o emesso anche da balene e da elefanti. Ha una frequenza da 0 a 20 Hz.
  • Suono udibile - La frequenza delle onde sonore, udibili all'uomo, varia da 20 a 20.000 Hz.
  • Ultrasuono - È utilizzato da pipistrelli e delfini, ma anche in medicina per la diagnosi prenatale. Ha una frequenza superiore a 20.000 Hz.
  • Onda radio - [b]Onda lunga[/b] - lunghezza d'onda: 2.000-1.000 m, frequenza: 1,5x10⁵-3x10⁵Hz [b]Onda media[/b] - lunghezza d'onda: 600-150 m, 5×10⁵–2×10⁶Hz [b]Onda corta[/b] - lunghezza d'onda: 50-15 m, frequenza: 6×10⁶-2×10⁷Hz [b]Onda ultracorta[/b] - lunghezza d'onda: 15-1 m, frequenza: 2x10⁷-3x10⁸Hz Questo tipo di onda è utilizzato da radio e radar.
  • Microonda - Lunghezza d'onda: 1 m-0,03 mm, frequenza: 3×10⁸–10¹³ Hz Sono utilizzate da telefoni cellulari, da router Wi-Fi e da forni a microonde.
  • Radiazione infrarossa - Lunghezza d'onda: 0,3 m-760 nm, frequenza: 10¹²–3,9×10¹⁴ Hz Il Sole, il termosifone e il corpo umano emettono calore sotto forma di radiazioni infrarosse.
  • Luce visibile - Lunghezza d'onda: 760-380 nm, frequenza: 3,9×10¹⁴–7,8×10¹⁴ Hz Anche la luce percepita dai nostri occhi è un tipo di onda elettromagnetica.
  • Radiazione ultravioletta - Lunghezza d'onda: 380-10 nm, frequenza: 7,8×10¹⁴–3×10¹⁶ Hz I raggi UV dannosi sono responsabili delle scottature.
  • Radiazione x - Lunghezza d'onda: 1 nm-1 pm, frequenza: 3×10¹⁶–3×10²⁰ Hz L'esposizione eccessiva ai raggi X, usati in diagnostica medica, è in grado di danneggiare i nostri tessuti.
  • Radiazione gamma - Lunghezza d'onda: 0,3 nm-30 fm, frequenza: 10¹⁸–10²² Hz È il tipo più pericoloso di radiazione elettromagnetica. È di origine cosmica e viene generata durante reazioni nucleari.
  • Altre onde meccaniche

Narrazione

Le onde giocano un ruolo estremamente importante in vari campi della nostra vita. Noi usiamo i nostri sensi per percepire il nostro ambiente. Il suono e la luce, ma anche i terremoti, altro non sono che onde. Anche le trasmissioni radio, il radar ed il laser sono basati sulle onde.

Le onde possono essere classificate a seconda delle loro proprietà. Le categorie più comuni si basano sull'identificazione del mezzo attraverso il quale si propagano. Possono essere raggruppate anche per polarizzazione e per frequenza.

In base al mezzo, le onde possono essere dei seguenti tipi: meccaniche, elettromagnetiche, gravitazionali.
Anche le funzioni che descrivono lo stato quantico dei sistemi sono considerate onde, pertanto sono definite anche funzioni d'onda.

Le onde meccaniche più semplici sono le onde sonore che si propagano attraverso un gas. Una sorgente sonora provoca la vibrazione delle molecole di gas. Successivamente, le molecole già in vibrazione inducono al movimento anche altre molecole a loro vicine. Questo processo si ripete diverse volte e in tal modo si propaga la vibrazione.
Le onde meccaniche che attraversano i gas sono sempre longitudinali, ovvero la direzione del movimento delle particelle è parallela alla direzione di propagazione dell'onda. Ciò è dovuto al fatto che le particelle del gas non si attraggono reciprocamente, per cui non viene esercito alcuno sforzo di taglio. Una singola particella può far vibrare solo quelle che si trovano davanti ad essa. Le onde longitudinali non possono essere polarizzate.

Le onde meccaniche che attraversano i solidi od i liquidi possono essere longitudinali o trasversali.

Le onde trasversali sono onde in cui lo spostamento delle particelle è perpendicolare alla direzione di propagazione dell'onda. Quando si pizzica la corda di una chitarra, l'onda percorre la corda, ma la vibrazione è perpendicolare al movimento dell'onda.
Se la vibrazione avviene completamente sullo stesso piano, si tratta di un'onda polarizzata linearmente.

La maggior parte delle onde osservate in natura non è puramente trasversale o longitudinale, proprio così come le onde trasversali non sono sempre polarizzate in un unico piano.

Questi movimenti di particelle di un determinato mezzo si verificano di solito contemporaneamente. Ogni movimento d'onda complesso può essere descritto come la combinazione di un'onda longitudinale e di una o più onde trasversali. Ad esempio, quando guardiamo le onde sulla superficie dell'acqua, le particelle si muovono non solo in su e in giù, ma anche in avanti e indietro, è per questo che le onde dell'acqua possono essere anche descritte come una combinazione di onde longitudinali e trasversali.
La ragione di questo fenomeno è che l'acqua non è un mezzo comprimibile, pertanto le particelle che si muovono in discesa non comprimono le particelle sotto di loro, ma le spingono ai lati. Le onde che attraversano un mezzo solido (ad esempio onde sismiche) sono ancora più complesse.

Un'onda polarizzata ellitticamente è la combinazione di due onde trasversali, ma in particolari casi tale onda può essere polarizzata circolarmente.

Un'onda polarizzata circolarmente può essere generata facilmente, legando una estremità di una corda elastica alla pala di un ventilatore e mantenendo la corda in tensione, tirandone l'altra estremità.
Per trasformare un'onda polarizzata circolarmente in un'onda polarizzata linearmente, è necessario utilizzare un polarizzatore. Nel caso di onde meccaniche, questo polarizzatore è il fenditura. Quando l'onda la attraversa diventa polarizzata linearmente.
Se un altro polarizzatore, perpendicolare al primo, viene posizionato sulla strada dell'onda, essa non lo attraversa.

Le onde elettromagnetiche non sono vibrazioni di un mezzo materiale. In realtà, non hanno bisogno di un mezzo per propagarsi, anzi, si propagano più velocemente attraverso il vuoto.

Sono generate in questo modo: il campo elettrico che cambia produce un campo magnetico che cambia, generando a sua volta un altro campo elettrico che cambia. Questo processo si ripete all'infinito.
Nel caso di onde elettromagnetiche, non ci sono particelle vibranti nel campo dell'onda, perciò non è facile interpretare la polarizzazione. Tuttavia, se identifichiamo la direzione della vibrazione con quella del vettore del campo elettrico che cambia, le onde elettromagnetiche sono da considerarsi anche onde trasversali, dal momento che la loro polarizzazione può essere lineare o più complessa.
La luce naturale è un'onda non polarizzata in un unico piano poiché non viene da un'unica sorgente. Numerose molecole o atomi la generano indipendentemente l'uno dall'altro, polarizzandola in diversi piani. La luce naturale può essere polarizzata con filtri ottici di polarizzazione.

Le onde gravitazionali vengono generate come conseguenza di masse acceleranti. Tali onde possono essere considerate come ondulazioni nello spazio-tempo. Passando attraverso un determinato punto, le onde gravitazionali provocano l'espansione e la contrazione periodica dello spazio-tempo. Ciò può essere rilevato solo con strumenti molto precisi e solo se le masse di accelerazione sono molto grandi, come ad esempio nel caso delle stelle binarie orbitanti l'una attorno all'altra, che possono generare onde gravitazionali significative e rilevabili.

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