Onde sulla superficie dei liquidi fb
 

Onde sulla superficie di un liquido



Abbiamo visto che esistono tantissimi tipi di onde: le onde sonore, le onde sulla superficie dell'acqua, le onde elettromagnetiche, le onde meccaniche e tutte hanno due caratteristiche che le accomuna:

  • sono perturbazioni che si propagano nello spazio tramite delle oscillazioni

  • non trasportano massa ma energia da un punto a un altro


Per esempio nelle onde sonore il suono si propaga variando (con zone di compressione e di rarefazione) la pressione dell'aria, ma non viene trasportata l'aria.

Anche le onde che si propagano sulla superficie di un liquido hanno queste caratteristiche: in un'onda prodotta sulla superficie del mare la perturbazione si propaga facendo oscillare l'altezza del livello dell'acqua, senza tuttavia trasportare masse d'acqua.


Vediamo ora le caratteristiche di un'onda superficiale. L'esempio più comune di un'onda superficiale lo possiamo osservare quando viene lanciato un sasso nell'acqua: appena il sasso tocca la superficie si formano dei cerchi concentrici che si allargano via via estendendosi sulla superficie. Oppure osservando una barca che avanza.


La barca che avanza sul fiume è la sorgente della perturbazione che si propaga sulla superficie dell'acqua.



In entrambi i casi l'acqua, dopo la perturbazione, oscilla verticalmente, ma senza trasporto di massa, altrimenti l'acqua allagherebbe la riva!


A differenza delle onde trasversali in una corda tesa, le onde superficiali si diffondono in tutte le direzioni. La lunghezza d'onda si misura nella direzione di propagazione dell'onda, la successione delle creste e dei ventri indica il fronte d'onda.


Onde concentriche: direzione di propagazione e fronte d'onda



Le onde superficiali si propagano oscillando verticalmente lungo l'interfaccia tra due fluidi con densità diverse, ma non si propagano né come le onde longitudinali né come le onde trasversali.



Le particelle di acqua, durante la propagazione di un'onda, si muovono seguendo traiettorie circolari, ellittiche o simili (ciò dipende da molti parametri, difficilmente valutabili).


Velocità delle onde superficiali



Presentiamo l'espressione per il calcolo della velocità delle onde superficiali per due soli casi, tralasciando i complessi studi di idrodinamica che hanno portato ai seguenti risultati.


  • Acque basse, cioè quando la profondità dell'acqua h è molto minore della lunghezza d'onda:




  • Acque profonde, cioè quando la profondità dell'acqua h è maggiore della lunghezza d'onda:





La velocità delle onde in acque basse dipende quindi solo dalla profondità h e dall'accelerazione gravitazionale g. Mentre in acque profonde la velocità dell'onda dipende l'accelerazione gravitazionale g e dalla lunghezza d'onda .


La velocità delle onde in acque basse è:




Mentre, in acque profonde:




Movimento rotativo di particelle d'acqua



Le onde hanno un andamento approssimativamente sinusoidale solo se la lunghezza d'onda è più grande rispetto all'ampiezza e se la profondità dell'acqua è molto maggiore rispetto alla lunghezza d'onda. In questo caso le particelle d'acqua si muovono come mostrato nella figura.

Il moto delle particelle d'acqua



La velocità delle particelle d'acqua dipende dalla velocità periferica e dal raggio di rotazione. Il raggio di rotazione è uguale alla ampiezza dell'onda, per cui possiamo scrivere:




Così la velocità angolare risulta:



redattore del materiale didattico: Sara Passalacqua