VELOCITÀ DI PROPAGAZIONE DI UN'ONDA: FATTORI E MISURA - FISICO - 2025

La velocità di propagazione di un'onda è la grandezza che misura la velocità alla quale il disturbo dell'onda si propaga lungo il suo spostamento. La velocità alla quale l'onda si propaga dipende sia dal tipo di onda che dal mezzo attraverso il quale si propaga.

Logicamente, un'onda che si muove nell'aria non viaggerà alla stessa velocità di un'onda che si muove attraverso la terra o il mare. Allo stesso modo, un'onda sismica, un suono o una luce non avanza alla stessa velocità. Ad esempio, nel vuoto le onde elettromagnetiche si propagano alla velocità della luce; vale a dire 300.000 km / s.

Nel caso del suono nell'aria, la sua velocità di propagazione è di 343 m / s. In generale, per le onde meccaniche, la velocità attraverso un materiale dipende principalmente da due delle caratteristiche del mezzo: la sua densità e la sua rigidità. In ogni caso, la velocità è generalmente correlata al valore della lunghezza d'onda e del periodo.

La relazione può essere espressa matematicamente attraverso il quoziente: v = λ / T, dove v è la velocità dell'onda misurata in metri al secondo, λ è la lunghezza d'onda misurata in metri e T è il periodo misurato in secondi.

Come misurato?

Come accennato in precedenza, in generale la velocità di un'onda è determinata dalla sua lunghezza d'onda e dal suo periodo.

Pertanto, poiché il periodo e la frequenza di un'onda sono inversamente proporzionali, si può anche affermare che la velocità dipende dalla frequenza dell'onda.

Queste relazioni possono essere espresse matematicamente in questo modo:

v = λ / T = λ ∙ f

In questa espressione f è la frequenza dell'onda misurata in Hz.

Questa relazione è solo un altro modo di esprimere la relazione tra velocità, spazio e tempo: v = s / t, dove s rappresenta lo spazio percorso da un corpo in movimento.

Per questo motivo, per conoscere la velocità alla quale un'onda si propaga, è necessario conoscerne la lunghezza d'onda e il suo periodo o la sua frequenza. Da quanto sopra, ne consegue chiaramente che la velocità non dipende dall'energia dell'onda o dalla sua ampiezza.

Ad esempio, se vuoi misurare la velocità di propagazione di un'onda lungo una corda, puoi farlo determinando il tempo impiegato da un disturbo per passare da un punto all'altro della corda.

Fattori da cui dipende

In definitiva, la velocità di propagazione di un'onda dipenderà sia dal tipo di onda che dalle caratteristiche del mezzo attraverso cui viaggia. Di seguito sono riportati alcuni casi specifici.

Velocità di propagazione delle onde trasversali in una corda

Un esempio molto semplice e molto grafico per capire quali sono i fattori da cui normalmente dipende la velocità di un'onda è quello delle onde trasversali che avanzano lungo una corda.

La seguente espressione permette di determinare la velocità di propagazione di queste onde:

v = √ (T / μ)

In questa espressione μ è la densità lineare in chilogrammi per metro e T è la tensione della corda.

Velocità di propagazione del suono

Il suono è un caso particolare di un'onda meccanica; quindi richiede un mezzo per potersi muovere, non potendolo fare nel vuoto.

La velocità con cui il suono viaggia attraverso un mezzo materiale sarà una funzione delle caratteristiche del mezzo attraverso il quale viene trasmesso: temperatura, densità, pressione, umidità, ecc.

Il suono viaggia più velocemente nei corpi a stato solido che nei liquidi. Allo stesso modo, si muove più velocemente nei liquidi che nei gas, quindi si muove più velocemente nell'acqua che nell'aria.

Nello specifico, la sua velocità di propagazione nell'aria è di 343 m / s quando la temperatura è di 20 ºC.

Velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche

Le onde elettromagnetiche, che sono un tipo di onde trasversali, si propagano nello spazio. Pertanto, non richiedono un mezzo di movimento: possono viaggiare attraverso un vuoto.

Le onde elettromagnetiche viaggiano a circa 300.000 km / s (velocità della luce) sebbene, a seconda della loro velocità, siano raggruppate in gamme di frequenza che compongono quello che viene chiamato spettro elettromagnetico.

Esercizi risolti

Primo esercizio

Trova la velocità alla quale un'onda trasversale viaggia attraverso una corda lunga 6 m, se la tensione nella corda è 8 N e la sua massa totale è 12 kg.

Soluzione

La prima cosa che è necessario calcolare è la densità lineare della stringa:

μ = 12/6 = 2 kg / m

Fatto ciò, è possibile determinare la velocità di propagazione, per la quale viene sostituita nell'espressione:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s

Secondo esercizio

È noto che la frequenza della nota musicale è di 440 Hz. Determinare qual è la sua lunghezza d'onda sia in aria che in acqua, sapendo che la sua velocità di propagazione in aria è di 340 m / s, mentre in aria l'acqua raggiunge i 1400 m / s.

Soluzione

Per calcolare la lunghezza d'onda risolviamo λ dalla seguente espressione:

v = λ ∙ f

Si ottiene: λ = v / f

Sostituendo i dati dell'istruzione, si ottengono i seguenti risultati:

λ _aria = 340/440 = 0,773 m

λ _acqua = 1400/440 = 3,27 m

Riferimenti

1. Onda (nd). Su Wikipedia. Estratto il 19 maggio 2018 da es.wikipedia.org.
2. Velocità di fase (nd). Su Wikipedia. Estratto il 19 maggio 2018 da en.wikipedia.org.
3. Velocità del suono (nd). Su Wikipedia. Estratto il 19 maggio 2018 da en.wikipedia.org.
4. Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005). Fisica e chimica. Everest
5. David C. Cassidy, Gerald James Holton, Floyd James Rutherford (2002). Capire la fisica. Birkhäuser.
6. Francese, AP (1971). Vibrazioni e onde (serie di fisica introduttiva del MIT). Nelson Thornes.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Waves (Berkeley Physics Course, Vol. 3), McGraw-Hill.