Onda longitudinale
Onda longitudinale, onda che consiste in una perturbazione o vibrazione periodica che ha luogo nella stessa direzione dell’avanzamento dell’onda. Una molla a spirale che viene compressa a un’estremità e poi rilasciata sperimenta un’onda di compressione che percorre la sua lunghezza, seguita da un allungamento; un punto su qualsiasi bobina della molla si muoverà con l’onda e tornerà lungo lo stesso percorso, passando per la posizione neutra e poi invertendo nuovamente il suo movimento. Anche il suono che si muove attraverso l’aria comprime e rarefa il gas nella direzione del viaggio dell’onda sonora mentre vibra avanti e indietro. Anche le onde sismiche P (primarie) sono longitudinali. In un’onda longitudinale, ogni particella di materia vibra intorno alla sua normale posizione di riposo e lungo l’asse di propagazione, e tutte le particelle che partecipano al moto dell’onda si comportano allo stesso modo, tranne che c’è un progressivo cambiamento di fase (q.v.) di vibrazione – cioè, ogni particella completa il suo ciclo di reazione in un momento successivo. I movimenti combinati risultano nell’avanzamento di regioni alternate di compressione e rarefazione nella direzione della propagazione.
Un modello meccanico è utile per spiegare le onde longitudinali. Nella parte superiore della figura, piccole masse A, B, C, ecc. sono unite da molle a spirale per rappresentare un mezzo di trasmissione che ha proprietà sia di inerzia che di elasticità. Poiché la massa B ha inerzia, il movimento di A verso sinistra (freccia 2) estende la molla a cui è attaccata e il movimento verso destra (freccia 1) la comprime. Un moto corrispondente sarà comunicato a B attraverso la molla, eccetto che ci sarà un leggero ritardo di fase. La massa B impartirà il suo moto alla sua compagna C, e così via, l’impulso viaggia da A a K e il ritardo aumenta progressivamente. Nell’istante mostrato, A precede J in fase di 360°; A sta iniziando la sua seconda vibrazione, mentre J sta appena iniziando la sua prima.
Da Physics di Erich Hausmann e Edgar P. Slack di Litton Educational Publishing, Inc. Ristampato con il permesso della Van Nostrand Reinhold Company.
Una rappresentazione trasversale di un’onda longitudinale è mostrata nella parte inferiore della figura. Qui le linee verticali sono disegnate attraverso le posizioni di riposo (indicate da a,b,c, ecc.), con lunghezze proporzionali alle distanze che le masse hanno spostato dall’equilibrio (le loro ampiezze). Le linee sono tracciate verso l’alto dall’asse quando lo spostamento è a sinistra e verso il basso quando è a destra. Una curva liscia disegnata attraverso le estremità delle linee verticali dà una curva trasversale. Questa curva trasversale mostra che c’è una compressione e una rarefazione per ciclo, essendo aj una lunghezza d’onda. La frequenza sarebbe rappresentata dal numero di cicli completi eseguiti da una qualsiasi delle masse al secondo.