Con la parola onda, in fisica, si intende una perturbazione dello spazio circostante che nasce da una sorgente e si propaga nel tempo, trasportando energia o quantità di moto, senza comportare un associato spostamento della materia. Dal punto di vista matematico, un’onda è descritta da: Y=A cos (ωt+𐌘) con A=AMPIEZZA, ω=pulsazione e 𐌘=fase. Le onde si possono classificare in:

• onde che hanno bisogno di un mezzo per la propagazione (es.onde sonore)
• onde che non hanno bisogno di un mezzo per la propagazione (es.luce)

Il mezzo di propagazione dell’onda può essere a sua volta definito in mezzo limitato, mezzo omogeneo e mezzo isotropo, o una combinazione di questi.

Un'onda può essere caratterizzata da una singola oscillazione oppure da un treno o successione di onde aventi caratteristiche simili. In generale le onde presentano una cresta (punto alto), e un ventre (punto più basso). Tra le caratteristiche delle onde ricordiamo:

• Frequenza: numero di oscillazione nell’unità di tempo (Hertz)
• Intensità: energia trasportata dall’onda (nelle onde sonore si misura con i decibel)
• Ampiezza: massima variazione di una grandezza in una oscillazione periodica.
• Lunghezza d’onda: In un’ onda periodica, è la distanza tra due creste o tra due ventri.
• Periodo: grandezza fisica definita come l'intervallo temporale corrispondente alla lunghezza d'onda.
• Fase: In una funzione periodica è la frazione di periodo trascorsa rispetto a un tempo fissato. Si tratta di un particolare istante durante lo svolgersi di un fenomeno periodico, che viene misurato tramite un angolo, detto angolo di fase.
• Potenza: energia trasferita nell’unità di tempo.
• Velocità di propagazione: è la velocità con cui si propagano le onde nello spazio. E’ uguale al prodotto della lunghezza d'onda per la sua frequenza.

Inoltre, un'onda è detta trasversale quando gli elementi del mezzo materiale si spostano perpendicolarmente al moto dell'onda; longitudinale quando gli elementi del mezzo materiale si spostano parallelamente al moto dell'onda.

Le onde possono essere suddivise anche in varie tipologie diverse. Riconosciamo le principali categorie:

• la radiazione elettromagnetica: ovvero la propagazione nello spazio dell'energia del campo elettromagnetico.

La radiazione elettromagnetica può propagarsi nel vuoto, oppure in fluidi poco densi come l'atmosfera. È emessa da particelle cariche accelerate, che possono quindi interagire con altre particelle cariche; di conseguenza tutti i corpi, avendo al proprio interno particelle cariche in movimento, emettono spontaneamente radiazione elettromagnetica, che può produrre uno scambio di energia tra di essi per irraggiamento.

• onda meccanica: è la propagazione di una perturbazione in un mezzo che subisce l'azione perturbante grazie a una connessione tra la materia inerte e quella adiacente.
• onda sonora: è un'oscillazione compiuta dalle particelle in un mezzo fisico di propagazione. Nel caso del suono che si propaga in un mezzo fluido (tipicamente in aria) le oscillazioni sono spostamenti delle particelle intorno alla posizione di riposo e lungo la direzione di propagazione dell'onda. Questi sono provocati da movimenti vibratori provenienti da un determinato oggetto, chiamato sorgente del suono, il quale trasmette il proprio movimento alle particelle adiacenti. Si tratta dunque di un’onda meccanica in quanto ha bisogno di un mezzo di propagazione.
• Onda del mare : è un caso particolare di onda di gravità, ossia di onde che si propagano all'interfaccia di due fluidi con densità diversa (in questo caso acqua e aria), di cui è messa in moto la superficie d'acqua di un ampio bacino come il mare.
• onde sismiche: sono onde che si propagano attraverso il globo terrestre e sono generate da un terremoto, da attività vulcanica o artificialmente dall’uomo tramite un'esplosione o un'altra forma di energizzazione del terreno.

Ci sono differenti fenomeni causati dalle onde, tra questi troviamo:

1. la dispersione
2. le interferenze
3. la riflessione
4. la rifrazione
5. la diffrazione

• 1. La dispersione può essere definita come la prova che la luce bianca è in realtà somma di più colori, ovvero di più lunghezze d'onda dell'onda elettromagnetica e quindi di più frequenze che il nostro cervello interpreta come colori. Questo fenomeno entra in gioco quando un fascio di luce bianca incide su un prisma.
• 2.Le interferenze sono il fenomeno per cui quando due o più onde elettromagnetiche interagiscono fra loro, possono essere costruttive o distruttive, a seconda che le onde si intensifichino o si indeboliscano fino ad annullarsi a vicenda
• 3. La riflessione è il fenomeno per cui un'onda, che si propaga lungo l'interfaccia tra differenti mezzi cambia di direzione a causa di un impatto con un materiale riflettente.
• 4. La rifrazione è quel fenomeno fisico che si verifica quando un fascio di luce incontra in modo obliquo la superficie di separazione di due mezzi trasparenti e si diffonde nel secondo mezzo.
• 5.La diffrazione è il fenomeno che avviene quando un'onda incontra un ostacolo di dimensioni paragonabili alla sua lunghezza d'onda e invade in parte la zona che dovrebbe essere “in ombra”.

La luce è un’onda elettromagnetica che si propaga nel vuoto; i raggi che percepisce l’occhio umano sono compresi nell’intervallo di frequenza fra i 430 Hz e i 770 Hz circa. L’insieme dei colori che formano la luce visibile è chiamato spettro visibile e l’intervallo di frequenze campo visibile. Ogni corpo che è in grado di emettere onde elettromagnetiche è una sorgente di luce. Uno dei primi scienziati a studiare i fenomeni luminosi fu Isaac Newton che individuò la natura corpuscolare della luce che si comportava come se fosse costituita da singole particelle corpuscolari, i fotoni. Successivamente fu Thomas Young nel 1801 a studiare i fenomeni luminosi e cambiò la concezione della luce; infatti, secondo la natura ondulatoria, la luce è costituita da un insieme di onde elettromagnetiche con i suoi campi magnetici ed elettrici perpendicolari pertanto la conclusione è che la luce presenta una duplice natura. Il suono è un fenomeno fisico prodotto dalla vibrazione di un corpo in oscillazione. Si ha risonanza quando una forza esterna agisce su un sistema fisico con una frequenza capace di amplificare il moto del sistema stesso. per poter spiegare la risonanza è utile conoscere questo esempio: negli strumenti musicali la cassa di risonanza, o cassa armonica, permette di amplificare il suono emesso dalle corde che vibrano: la cassa è progettata in modo tale da vibrare, insieme all’aria contenuta, alle stesse frequenze generate dalle corde. In questo modo la pressione periodica dell’aria generata dal movimento delle corde, pur non molto intensa, è in grado di far vibrare in modo efficace sia la cassa armonica, sia l’aria contenuta in essa. Così il suono emesso dallo strumento musicale è chiaramente udibile. Un modello semplice che illustra il funzionamento della cassa armonica è quello di un diapason inserito su una cassa di legno di dimensioni opportune. Se si afferra il diapason con una mano e lo si percuote si ottiene un suono debole, talvolta difficile da udire; invece, infilando lo stesso diapason nella cassa armonica si ottiene un suono intenso, a dimostrazione del fatto che sta avvenendo il fenomeno della risonanza. Ponendo due diapason con la massa alla stessa altezza uno adiacente all’altro, percuotendone uno, anche la cassa dell’altro entrerà in risonanza.

Le onde sismiche sono onde che si propagano attraverso il globo terrestre e sono generate da un terremoto, da attività vulcanica o artificialmente ad opera dell'uomo tramite un'esplosione o un'altra forma di energizzazione del terreno. Sono onde meccaniche che sfruttano le proprietà elastiche del mezzo materiale per la loro propagazione Esistono due tipi diversi di onde sismiche: le onde di volume, che si propagano all'interno della terra, e le onde di superficie, che si propagano sulla superficie terrestre.

• Le Onde P (o Primarie) sono le più veloci (4-8 Km/s). Esse sono “longitudinali” perché fanno oscillare le particelle di roccia che attraversano parallelamente alla loro direzione di propagazione. In sostanza, al loro passaggio, le rocce si comprimono e si dilatano continuamente.
• Le Onde S (o Secondarie) viaggiano più lentamente delle “P”. L'oscillazione delle particelle di roccia che attraversano avviene trasversalmente rispetto alla loro direzione di propagazione. A differenza delle Onde P, le Onde S non causano variazioni di volume al loro passaggio e non si propagano nei fluidi. E’ per questo che il loro passaggio è ostacolato dalle grandi masse di acqua degli oceani
• Le onde di superficie esistono a causa della superficie libera della terra: la presenza di una superficie libera e di una stratificazione interna determina la propagazione di un'ulteriore classe di onde la cui ampiezza si riduce piuttosto rapidamente (con legge esponenziale) con la profondità all'interno del mezzo.

SONAR sta per Sound Navigation And Ranging. Un dispositivo sonar, chiamato anche ecoscandaglio, manda degli impulsi di onde sonore ai fondali attraverso l'acqua. Quando questi impulsi colpiscono oggetti o animali come i pesci o la vegetazione, in risposta vengono riflessi in superficie. Il dispositivo sonar misura quanto tempo impiegano le onde sonore a raggiungere il fondo, colpire un oggetto per poi rimbalzare in superficie. È lo stesso sistema di eco-localizzazione che utilizzano pipistrelli e delfini. Questa informazione permette al dispositivo di valutare la profondità degli oggetti che sono in grado di riflettere. Misura anche la forza dell'impulso di ritorno - più pesanti sono gli oggetti, più è consistente l'impulso di ritorno.

Il disco di Newton prende il nome dal suo inventore: Isaac Newton che tra il 1671 e il 1672, scrisse un articolo sugli esperimenti che stava conducendo dal 1666 con la rifrazione della luce attraverso prismi di vetro. Concluse che i diversi raggi di luce rifratti non potevano essere modificati da ulteriori rifrazioni. In questo modo è riuscito a identificare i cosiddetti sette colori primari: rosso, arancione, giallo, verde, blu, viola e indaco. Mescolando i raggi colorati di un prisma, scoprì con sua sorpresa di riuscire a ottenere/ritornare luce bianca. Per mescolare i colori, Newton ideò il disco che porta il suo nome: facendolo ruotare, il disco mescola la luce riflessa dai colori diversi, riflettendo una luce biancastra. Si ottiene dunque l’illusione che i colori tendano ad uniformarsi e a diventare bianchi. I settori circolari colorati del cerchio di Newton sono di dimensioni diseguali, essendo basate sugli intervalli di una scala musicale dorica. Quando si fissa una sorgente luminosa, l’immagine impressa sulla retina vi permane per un po’ di tempo anche dopo che si è distolto lo sguardo dalla sorgente. Il fenomeno è detto persistenza dell’immagine retinica .Nel caso del disco ogni colore impressiona la retina e lo stimolo permane anche dopo che il colore che l’ha prodotto è stato sostituito da un altro colore. Il risultato è la fusione di tutti i colori del disco a livello della retina

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