Esercizi: La natura delle onde: trasferimento di energia

Un sughero galleggia sul mare e una serie di onde passa sotto di esso in direzione della riva.

1. a) Il sughero viaggia con le onde fino alla spiaggia o si limita a salire e scendere rimanendo quasi nello stesso punto?
2. b) Se l'acqua non avanza con l'onda, che cosa arriva invece fino alla riva?

Classifica ciascuna di queste onde come meccanica (ha bisogno di un mezzo materiale per propagarsi) o elettromagnetica (può viaggiare nel vuoto) e scrivi le sei classificazioni complete:

1. a) Il suono nell'aria.
2. b) La luce del Sole.
3. c) Le onde del mare.
4. d) Le onde radio.
5. e) L'onda che percorre la corda di una chitarra.
6. f) I raggi X.

Quali di esse potrebbero attraversare lo spazio tra la Terra e la Luna?

Andrea scuote su e giù l'estremo di una corda e un'onda avanza lungo di essa. Poi spinge una spira di una molla tesa e una compressione si propaga lungo la molla. La figura rappresenta le due onde.

1. a) Quale delle due onde è trasversale e quale longitudinale?
2. b) Spiega la differenza osservando come si muove ogni punto del mezzo rispetto alla direzione in cui avanza l'onda.
3. c) Il suono fa oscillare l'aria nella stessa direzione in cui avanza: a quale tipo di onda appartiene?

In spiaggia, Aitana osserva che le creste delle onde arrivano separate di $4\ \text{m}$ l'una dall'altra e che ogni cresta si eleva di $0,6\ \text{m}$ sopra il livello dell'acqua calma. La figura rappresenta le onde che osserva.

1. a) Quanto vale la lunghezza d'onda $\lambda$?
2. b) Quanto vale l'ampiezza $A$ delle onde?

Seduto su una boa, un bagnante conta che passano $15$ creste in $30\ \text{s}$.

1. a) Calcola la frequenza $f$ del moto ondoso in hertz.
2. b) Spiega con parole tue che cosa significa quel valore della frequenza.

Collega ogni grandezza di un'onda con la sua unità nel Sistema Internazionale e scrivi le quattro coppie complete. Di' anche che cosa ci indica ciascuna grandezza sull'onda:

1. a) Lunghezza d'onda.
2. b) Periodo.
3. c) Frequenza.
4. d) Velocità di propagazione.

Unità: hertz ($\text{Hz}$), metro ($\text{m}$), secondo ($\text{s}$) e metro al secondo ($\text{m/s}$).

Agitando l'estremo di un tubo di gomma si formano onde le cui creste distano $2\ \text{m}$ tra loro, mentre la mano sale e scende $3$ volte al secondo. Calcola la velocità di propagazione delle onde con l'espressione $v = \lambda \cdot f$.

Un'onda che attraversa uno stagno ha una frequenza di $5\ \text{Hz}$.

1. a) Calcola il suo periodo $T$.
2. b) Spiega che cosa significa il periodo di un'onda.

Le onde che un anatroccolo genera nuotando in uno stagno viaggiano a $1,2\ \text{m/s}$ e l'anatroccolo produce $0,6$ onde al secondo.

1. a) Qual è la frequenza delle onde?
2. b) Calcola la loro lunghezza d'onda con $v = \lambda \cdot f$.

Presso una boa passano $10$ creste in $4\ \text{s}$ e in una foto si vede che due creste consecutive sono separate di $0,6\ \text{m}$.

1. a) Calcola la frequenza del moto ondoso.
2. b) Calcola la sua velocità di propagazione.

Una barca all'ancora oscilla $30$ volte al minuto per effetto del moto ondoso.

1. a) Esprimi la sua frequenza in hertz.
2. b) Calcola il periodo dell'oscillazione.

La corrente alternata che arriva alle prese di casa cambia verso con un periodo di $0,02\ \text{s}$.

1. a) Calcola la sua frequenza in hertz.
2. b) Quanti cicli completi avvengono in un minuto?

Un'onda percorre $25\ \text{m}$ in $10\ \text{s}$ mentre si avvicina alla riva.

1. a) Calcola la sua velocità di propagazione.
2. b) Se la sua frequenza è di $0,5\ \text{Hz}$, calcola la sua lunghezza d'onda.

In un parco acquatico, la macchina delle onde genera onde di $40\ \text{cm}$ di lunghezza d'onda con una frequenza di $6\ \text{Hz}$.

1. a) Esprimi la lunghezza d'onda in metri.
2. b) Calcola la velocità di propagazione delle onde.

Il router di casa emette onde elettromagnetiche di frequenza $2,4\ \text{GHz}$.

1. a) Esprimi quella frequenza in hertz, usando la notazione scientifica.
2. b) Calcola la lunghezza d'onda del segnale, sapendo che le onde elettromagnetiche viaggiano a $3\cdot10^{8}\ \text{m/s}$.

Due onde viaggiano lungo la stessa corda tesa, quindi hanno entrambe la stessa velocità. L'onda A ha frequenza doppia rispetto all'onda B.

1. a) Quale delle due ha lunghezza d'onda maggiore?
2. b) Quante volte maggiore? Giustificalo a partire da $v = \lambda \cdot f$.

Uno tsunami in mare aperto viaggia a circa $720\ \text{km/h}$ e il suo periodo è di circa $20\ \text{min}$. La figura schematizza l'onda dello tsunami in mare aperto.

1. a) Esprimi la sua velocità in $\text{m/s}$.
2. b) Esprimi il suo periodo in secondi.
3. c) Calcola la sua lunghezza d'onda ed esprimila in chilometri.
4. d) In mare aperto l'altezza dell'onda è di meno di $1\ \text{m}$, distribuita su quell'enorme lunghezza d'onda: spiega perché le navi quasi non avvertono lo tsunami in alto mare, anche se trasporta un'energia gigantesca.

I terremoti emettono onde P (longitudinali) che viaggiano a $6\ \text{km/s}$ e onde S (trasversali) che viaggiano a $3\ \text{km/s}$. In una stazione sismica, l'onda S arriva $50\ \text{s}$ dopo la P. Lo schema mostra l'ipocentro del terremoto e la stazione.

1. a) Se l'ipocentro del terremoto si trova a una distanza $d$ dalla stazione, scrivi il tempo che impiega ciascuna onda ad arrivare.
2. b) Imposta l'equazione $t_S - t_P = 50$ e calcola la distanza $d$ dall'ipocentro.
3. c) Verifica il risultato calcolando il tempo di viaggio di ciascuna onda.

In una vasca per onde del laboratorio si fotografa un'onda: le creste compaiono nelle posizioni $0,5\ \text{m}$, $3\ \text{m}$, $5,5\ \text{m}$ e $8\ \text{m}$, e la loro altezza massima sopra il livello di calma è $0,3\ \text{m}$. Inoltre, si osserva che in un punto della vasca passano $4$ creste ogni secondo. La figura mostra la fotografia dell'onda con le posizioni delle creste.

1. a) Determina la lunghezza d'onda a partire dalle posizioni delle creste.
2. b) Indica l'ampiezza dell'onda.
3. c) Calcola la frequenza e la velocità di propagazione.

Un'onda viaggia lungo una corda sottile a $8\ \text{m/s}$ e passa a una seconda corda, più spessa, unita alla prima, lungo la quale viaggia a $4\ \text{m/s}$. La frequenza, $2\ \text{Hz}$, è imposta dalla mano che agita la prima corda ed è la stessa in entrambe. La figura rappresenta l'onda nel passaggio da una corda all'altra.

1. a) Calcola la lunghezza d'onda in ciascuna corda.
2. b) Indica quale grandezza non cambia passando da una corda all'altra e quali invece cambiano.
3. c) Spiega perché la frequenza non può cambiare nella giunzione: pensa a come vibra il punto in cui si uniscono le due corde.

Lungo una corda tesa passano $6$ creste in $3\ \text{s}$ e in una foto si misura che due creste consecutive distano $0,5\ \text{m}$.

1. a) Calcola la frequenza dell'onda.
2. b) Calcola la sua velocità di propagazione.
3. c) Calcola il suo periodo.
4. d) Se tendiamo di più la corda e la velocità sale a $2\ \text{m/s}$ mantenendo la stessa frequenza, qual è la nuova lunghezza d'onda?

Per due giorni consecutivi arrivano sulla stessa spiaggia serie di onde con la stessa lunghezza d'onda e la stessa frequenza, ma il lunedì l'ampiezza è $0,2\ \text{m}$ e il martedì $1\ \text{m}$. La figura confronta il moto ondoso dei due giorni.

1. a) Un sughero galleggia entrambi i giorni nella stessa zona: descrivi il suo movimento ogni giorno e spiega se arriva fino alla riva spinto dalle onde.
2. b) Quale giorno le onde trasportano più energia? Quale grandezza dell'onda lo decide?
3. c) Collega la tua risposta al fatto che il martedì i bagnanti vengano sbalzati dalle onde e il lunedì le avvertano appena.

Un'emittente radiofonica trasmette in FM a $100\ \text{MHz}$ e in AM a $1000\ \text{kHz}$.

1. a) Esprimi entrambe le frequenze in hertz con notazione scientifica.
2. b) Calcola la lunghezza d'onda di ciascuna emissione (le onde radio viaggiano a $3\cdot10^{8}\ \text{m/s}$).
3. c) Le onde lunghe aggirano meglio gli ostacoli di quelle corte: spiega quale emissione arriverà meglio a un paese nascosto dietro una montagna.

Vuoi misurare la velocità delle onde in una vaschetta d'acqua del laboratorio e disponi di un righello, un cronometro e un vibratore che genera onde.

1. a) Spiega quali due grandezze misureresti e come lo faresti con quel materiale.
2. b) Con il vibratore in funzione conti $20$ oscillazioni in $8\ \text{s}$ e misuri $0,4\ \text{m}$ tra due creste: calcola la frequenza e la velocità di propagazione.
3. c) Indica una fonte di errore della tua misura e un modo per ridurla.