Che cos'è un'onda?

Lontano dalla riva, un gabbiano sale e scende al passaggio di ogni onda, ma non si sposta insieme all'onda.

Una perturbazione che si propaga

Lascia cadere un sasso in uno stagno immobile: sulla superficie si allargano dei cerchi. Pizzica una corda di chitarra e la vedrai vibrare così rapidamente da apparire sfocata. Grida attraverso un campo e qualcuno ti sentirà un attimo dopo. Sono tutti esempi di onde. OpenStax College Physics dà una definizione breve: un'onda è una perturbazione che si propaga, cioè si allontana dal punto in cui è stata prodotta. Nello stagno la perturbazione riguarda la forma della superficie dell'acqua. Nell'aria è una variazione di pressione. Sulla corda è uno spostamento laterale.

La parola decisiva è perturbazione. La forma si sposta, ma il materiale rimane perlopiù dov'era. Un gabbiano in mare aperto sale quando arriva una cresta e scende quando passa un ventre; dopo il passaggio dell'onda si trova più o meno al punto di partenza. OpenStax osserva che nelle onde marine lontane dalla riva le particelle d'acqua descrivono piccoli cerchi e restano nella stessa zona, mentre l'energia prosegue. Se un'onda ti spinge in acque profonde, ciò che senti è l'energia, non una corrente d'acqua che ti scorre accanto.

Cresta, ventre, lunghezza d'onda e ampiezza

Un'onda semplice che si ripete ha punti alti, chiamati creste, e punti bassi, chiamati ventri. La distanza tra una cresta e la successiva, misurata nella direzione di propagazione, è la lunghezza d'onda, indicata con la lettera greca λ (lambda). L'ampiezza è il massimo spostamento del mezzo dalla posizione di equilibrio: corrisponde all'altezza di una cresta rispetto alla linea orizzontale, oppure alla metà della distanza tra cresta e ventre. OpenStax sottolinea che l'ampiezza è del tutto indipendente dalla velocità di propagazione. Un'onda grande e una piccola sulla stessa corda si muovono alla stessa velocità.

Due direzioni di oscillazione

Le onde si dividono in due tipi fondamentali in base alla direzione dell'oscillazione rispetto a quella di propagazione. In un'onda trasversale il mezzo si muove perpendicolarmente alla direzione in cui avanza l'onda. Dai un colpo a un'estremità di una corda legata a un palo: una gobba percorre la corda, mentre ogni suo tratto sale e scende. Le onde sulle corde degli strumenti musicali sono trasversali, così come la luce e le altre onde elettromagnetiche. In un'onda longitudinale il mezzo oscilla avanti e indietro nella direzione di propagazione. Spingi e tira un'estremità di una lunga molla: vedrai avanzare zone in cui le spire si addensano, chiamate compressioni.

Il suono nell'aria e nell'acqua è longitudinale. Un fluido oppone pochissima resistenza alle deformazioni laterali, quindi può trasmettere soltanto compressioni e rarefazioni. I solidi possono trasmettere entrambi i tipi di onda. Le onde marine combinano i due movimenti: per questo le particelle d'acqua descrivono cerchi. I terremoti inviano nel terreno entrambi i tipi: onde P di compressione, che secondo OpenStax viaggiano a 4-7 km/s, e onde S di taglio, a 2-5 km/s. I sismografi registrano prima l'onda P; l'intervallo che precede l'arrivo dell'onda S permette di ricavare la distanza del terremoto.

Onde che non hanno bisogno di un mezzo

Le onde nell'acqua, il suono e le onde sismiche sono onde meccaniche: per propagarsi hanno bisogno di un materiale. Il suono non può attraversare lo spazio vuoto perché non c'è nulla da comprimere. La luce, le onde radio e le altre onde elettromagnetiche sono diverse. Sono costituite da campi elettrici e magnetici variabili e si propagano nel vuoto: è così che la luce solare ci raggiunge attraversando 150 milioni di chilometri di spazio. OpenStax mette in guardia da una confusione comune: una radio ti fa ascoltare dei suoni, ma le onde radio sono elettromagnetiche, non sonore.