- Punto materiale: oggetto le cui dimensioni sono trascurabili, in modo da poter supporre che la sua massa sia concentrata in un punto. Per esempio un’automobile che va da Roma a Firenze si può considerare un punto materiale perché ha dimensioni molto piccole rispetto agli spazi che percorre.
- Traiettoria: linea lungo la quale avviene il moto di un punto materiale.
- Moto circolare uniforme: quello di un punto materiale che si muove lungo una circonferenza (circolare) percorrendo spazi uguali in tempi uguali (uniforme).
- Moto armonico: se un punto P si muove di moto circolare uniforme la sua proiezione ortogonale Q su un diametro qualunque della traiettoria ha un moto che viene chiamato armonico. È un moto periodico che consiste nell’oscillazione di Q tra gli estremi del diametro.
L’equazione che governa il moto armonico è
x=Rsen(ωt+α0),dove:
- x è l’ascissa del punto Q, e ne determina la posizione sul diametro in funzione del tempo;
- R è il raggio della circonferenza, e si chiama ampiezza;
- ω è il rapporto tra l’angolo descritto da P (cioè, se il punto si sposta da P a P’, e detto O il centro della circonferenza, l’angolo POP’) ed il tempo impiegato; si chiama pulsazione del moto armonico;
- t è il tempo;
- α0 è la misura di un angolo, e si chiama fase iniziale (più in generale, ωt+α0 è la fase al tempo t).
- x è l’ascissa del punto Q, e ne determina la posizione sul diametro in funzione del tempo;
- Oscillazione completa: quella compiuta da un punto che si muove di moto armonico quando, partendo da un estremo del diametro, vi ritorna. La distanza percorsa è quindi pari al doppio del diametro.
- Posizione di equilibrio: quella in cui un punto materiale inizialmente fermo non si mette in movimento.
- Onda: regione dello spazio in cui ogni punto oscilla (per esempio di moto armonico), inducendo, normalmente con un certo ritardo, oscillazioni nei punti vicini. È quello che avviene alla superficie del mare, dove ogni molecola oscilla verticalmente, provocando per attrito analoghe oscillazioni alle molecole vicine. Da notare che un’onda comporta uno spostamento di energia, ma NON di materia, che invece si limita ad oscillare intorno ad una posizione centrale di equilibrio.
L’equazione più semplice di un’onda progressiva (cioè che si propaga nel verso positivo dell’asse x) è
y=Asen[2π(t/T-x/λ)+α0],dove:
- y è la distanza dalla posizione di equilibrio di un singolo punto (nel caso delle onde del mare, l’altezza dell’acqua in un singolo punto ed in un certo istante meno quella del mare quando è calmo);
- A, detta ampiezza dell’onda, è la massima distanza di un punto dalla sua posizione di equilibrio;
- π è il rapporto tra la lunghezza di una circonferenza e quella di un suo diametro, e vale circa 3,1415926;
- t è il tempo;
- T è il tempo impiegato da un punto che si trova nella posizione più alta a ritornarvi la volta successiva e si chiama periodo dell’onda;
- x è l’ascissa del punto (per le onde del mare, la sua distanza dalla riva);
- λ, detta lunghezza d’onda, è la distanza tra due massimi o due minimi consecutivi (per esempio, tra due cavalloni successivi);
- α0 è un angolo, detto fase iniziale.
y=Asen[2π(t/T+x/λ)+α0].Queste due equazioni permettono di dedurre che tutti i punti interessati dal moto ondoso si muovono di moto armonico, ma sono sfasati tra loro: in altre parole, quando uno si trova nel massimo un altro è nella sua posizione di equilibrio, un altro ancora è nel minimo, e così via.
Onda progressiva Onda regressiva
Nelle figure in alto possiamo notare come, mentre i singoli punti oscillano verticalmente, l’onda si propaga verso destra onda progressiva) o verso sinistra (onda regressiva). - y è la distanza dalla posizione di equilibrio di un singolo punto (nel caso delle onde del mare, l’altezza dell’acqua in un singolo punto ed in un certo istante meno quella del mare quando è calmo);
- Frequenza di un’onda: quante volte in un secondo un punto interessato dal moto ondoso compie un’oscillazione completa. È anche uguale al numero di lunghezze d’onda di cui si propaga l’onda, sempre in un secondo.
- Riflessione: meccanismo in base al quale un’onda, incontrando un ostacolo, almeno in parte torna indietro (come accade alle onde luminose quando ci guardiamo allo specchio). In particolare un’onda progressiva, dopo la riflessione, diventa regressiva.