La propagazione del suono – Le onde sonore

Vediamo ora come si forma e si propaga un’onda sonora. Nelle figura che segue vediamo un corpo vibrante, ad esempio una membrana, che si muove alternativamente in un mezzo continuo, in questo caso l’aria; la membrana, vibrando, trasmette a questo mezzo il suo moto alternativo. Nel momento in cui la membrana si sposta in avanti l’aria subisce una compressione, mentre quando la membrana si sposta all’indietro l’aria tende a rarefarsi. Nella zona di compressione le molecole d’aria, ravvicinandosi, danno luogo ad un aumento di pressione; nella zona di rarefazione, allontanandosi tra di loro, producono una diminuzione di pressione.

La deformazione così prodotta nell’aria si propaga, a causa della elasticità del mezzo, dalle zone adiacenti alla sorgente sonora ad altre più vicine, che a loro volta le trasmettono ad altre più lontane. Questa perturbazione si propaga sotto forma di onda sonora. A questo punto sarà bene illustrare che cos’è un’onda. Le onde non sono costituite di materia, tuttavia si propagano nella materia, in sostanze come possono essere acqua, aria o sostanze solide. Immaginiamo di essere sulla riva di uno stagno dalla superficie completamente calma e che al centro di esso si trovi un galleggiante. Gettiamo adesso un sasso vicino alla riva; la perturbazione così prodotta prende la forma di una increspatura che si allarga sulla superficie dello stagno secondo una circonferenza avente centro nel punto in cui è caduto il sasso. Nella figura che segue possiamo seguire le varie fasi del fenomeno.

In a) si nota il fenomeno dell’impatto del sasso che provoca la perturbazione; in b) vediamo le due increspature, viste in sezione, causate dall’onda circolare A e B. Consideriamo solo la parte A, supponendo che l’altra sia pressoché assorbita dalla riva. In c) l’onda si propaga verso il centro dello stagno; infine in d) il galleggiante è sollevato in alto finché l’onda non è passata. Esaminiamo ora più correttamente le caratteristiche della propagazione per onde.
Quando l’onda giunge sotto il galleggiante lo fa salire, quindi compie un lavoro come quando si solleva un oggetto appoggiato ad una superficie. Allora risulta evidente che nella propagazione per onde vi è un meccanismo di trasporto di energia da un punto a un altro.
A proposito dell’esempio appena portato, bisogna sottolineare che le onde generate da un sasso gettato nello stagno sono di tipo trasversale, in quanto le oscillazioni avvengono perpendicolarmente alla direzione di propagazione. Viceversa, le onde sonore sono di tipo longitudinale, in quanto oscillano lungo la direzione di propagazione.

Un’altra caratteristica delle onde è che esse impiegano un certo tempo per propagarsi da un punto a un altro. Le onde sonore, che giungono alle nostre orecchie solitamente attraverso l’aria, si muovono alla velocità di circa 340 m/s. Nell’acqua e nei solidi le onde sonore viaggiano assai più rapidamente. Viceversa, sulla superficie dell’acqua le onde si propagano più lentamente. Una terza proprietà delle onde è la loro linearità. Quando si gettano, anziché uno, due sassi in uno stagno, le circonferenze prodotte non si influenzano
reciprocamente man mano che si allargano: un gruppo di onde passa attraverso l’altro senza subire alcuna alterazione. Il quadro complessivo delle intersezioni può sembrare complicato ai nostri occhi ma può essere visto come costituito da due gruppi indipendenti di circonferenze in espansione. Quando due persone parlano tra di loro, le onde sonore delle loro voci non rimbalzano incontrandosi ma si attraversano. Le onde che non influenzano il passaggio di altre onde sono dette lineari, perché l’effetto globale di tali sistemi di onde non è altro che la loro somma, come se i due sistemi di onde esistessero indipendentemente l’uno dall’altro.