Onde stazionarie

Un tipo di onda importante per noi è un’onda stazionaria. Le onde stazionarie sono presenti negli strumenti musicali, e sono il modo in cui lo strumento produce il suono della giusta frequenza (o altezza, il termine usato nella musica). Le onde stazionarie non viaggiano, perché sono confinate nello strumento. Per esempio, in uno strumento a corde come una chitarra o un violino, tutta la corda vibra, ma l’onda non viaggia perché è intrappolata nella corda, e la corda ha dei punti finali (dove è attaccata allo strumento, o tenuta giù dal dito del musicista). Poiché le estremità sono fisse, l’ampiezza in questi punti deve rimanere zero, ma l’ampiezza al centro della corda può cambiare. Questo limita le lunghezze d’onda possibili alla corda. Le proprietà della corda, come la sua massa/lunghezza e la tensione, determineranno la velocità, e la frequenza è determinata dalla combinazione di lunghezza d’onda e velocità.

Armoniche, o frequenze di onde stazionarie, in una corda.

Cosa significa velocità? L’onda stazionaria deriva dall’onda che viaggia lungo la corda, riflettendosi dalle estremità fisse, invertendo la direzione, riflettendo di nuovo… quando la frequenza/lunghezza d’onda/velocità coincidono, le riflessioni dell’onda si rinforzano a vicenda, o interferiscono in modo costruttivo, il che è chiamato risonanza. La risonanza descrive generalmente una vibrazione che è rafforzata dalle proprietà particolari dell’ambiente circostante perché corrisponde alle loro frequenze naturali. Quando le onde con la lunghezza d’onda sbagliata rimbalzano, causano un’interferenza distruttiva con se stesse. Il risultato è che la corda può facilmente vibrare alle sue frequenze naturali, risonanti, ma non può realmente vibrare ad altre frequenze perché quelle onde si annullano. Per esempio, un’arpa (uno strumento con molte corde) riderà con te, perché alcune delle corde corrisponderanno ad alcune delle frequenze della tua risata e inizieranno a risuonare, creando onde sonore nell’aria. Ecco un video di 1 minuto in cui si usa la risonanza per rompere un vetro. Ecco un incredibile video che mostra la posizione delle onde stazionarie 2-D usando piastre metalliche e l’archetto di un violino.