Le onde

Il termine onda si ricollega etimologicamente alla latina unda, la perturbazione che interessa l'acqua. La fisica ha fatto propria la parola collegandola a un significato meno quotidiano, relativo a più ambienti diversi.

Possiamo fare diversi esempi di onde che si riconducono alla nostra esperienza quotidiana: le già citate onde dell'acqua, le onde elettromagnetiche, le onde meccaniche e le onde sonore. Attraverso la loro analisi è possibile determinare varie caratteristiche del mezzo attraverso cui si propagano: le proprietà ottiche di un materiale, la velocità e le caratteristiche delle stelle, la presenza di sostanze visibili esclusivamente se illuminate da ultravioletti, ecc.

Le onde sono in grado di trasmettere informazioni grazie alla loro velocità di propagazione, caratteristica questa usata nelle radio con le modulazioni di ampiezza (AM) o di frequenza (FM), ma ancora prima nella comunicazione quotidiana tra esseri umani: la voce è un'onda.
Prima di poter capire come vengono percepite dal corpo umano è necessario spiegare come queste si propaghino e in cosa consistano da un punto di vista fisico:

si chiama onda una perturbazione che si propaga nello spazio e che può trasportare energia da un punto all'altro. Tale perturbazione è costituita dalla variazione di qualunque grandezza fisica (es. variazione di pressione, temperatura, intensità del campo elettrico, posizione, ecc..).

Che cosa vibra in un'onda? Nelle onde meccaniche, di cui fa parte il suono e che quindi interessano a noi, c'è un mezzo che oscilla; nelle onde onde elettromagnetiche, come ci disse Einstein nel non troppo lontanto 1905, è invece una grandezza definita come campo elettrico-magnetico a vibrare.
Il mezzo di un'onda meccanica può seguire due tipi di movimento oscillatorio: longitudinale e trasversale.

Le onde sonore, pur essendo solitamente rappresentate con un andamento trasversale, sono in realtà prodotte e percepite come serie di compressioni e rarefazioni dell'aria nella direzione del moto. Esse acquisiscono qualità armoniche quando hanno una forma d'onda periodica o relativamente periodica.

Acquisiti gli elementi di base sulle caratteristiche delle onde possiamo ora andare ad esaminare quali siano le loro proprietà quantizzabili: (immagini da fare)

il periodo T della perturbazione è il tempo che intercorre tra l'istante in cui, in un punto prefissato, si verifica la massima pressione e l'istante in cui questa situazione si verifica nuovamente nello stesso punto. Possiamo chiamarlo come il tempo di ripetizione della forma d'onda;
la frequenza f dell'onda, cioè il numero di volte in cui avviene l'oscillazione di una molecola, nell'unità di tempo. È l'inverso del periodo;
la lunghezza d'onda λ: la distanza che intercorre, in un certo istante, tra due zone consecutive di maggior addensamento, nelle quali la pressione acustica è massima. In poche parole la distanza tra due punti massimi corrispondenti;
l'ampiezza dell'oscillazione, cioè lo spostamento massimo delle molecole rispetto alla loro condizione di riposo; scopriremo che essa è strettamente legata al massimo valore che può raggiungere la pressione acustica. Si tratta di null'altro che il volume di un suono;
la velocità con cui la perturbazione avanza nel mezzo. È il rapporto tra λ e T. Attenzione: questa velocità non coincide affatto con la velocità con cui si muovono le singole molecole. Essa è sempre diretta nel senso della propagazione dei fronti di pressione, ovvero nella direzione di movimento dell'onda sonora. Quella delle molecole, invece, cambia verso ad ogni periodo.