Un’onda meccanica è un disturbo che pulsa attraverso una qualche forma di mezzo: un solido, un liquido o un gas, che trasporta l’energia originale da un luogo all’altro. Esistono tre tipi di onde meccaniche: trasversali, longitudinali e di confine. Semplici esempi di onde e dei mezzi attraverso i quali si muovono sono il suono nell’aria, le onde sismiche nella roccia e le vibrazioni di una corda di chitarra.
Un esempio di onde meccaniche sono le increspature in uno stagno che si spostano verso l’esterno da dove viene fatta cadere una pietra. L’onda si muove attraverso il mezzo anche se gli atomi e le molecole del mezzo stesso generalmente ritornano nella loro posizione originale dopo che sono stati schiacciati insieme, allungati o ruotati dall’onda che li attraversa. L’onda meccanica può muoversi in movimento rettilineo, movimento rotatorio o una combinazione dei due.
Le onde possiedono le caratteristiche di frequenza, periodo, lunghezza d’onda e ampiezza. La distanza tra un impulso d’onda e il successivo è la sua lunghezza d’onda e il tempo tra gli impulsi è il periodo. Per onde trasversali, l’ampiezza è la distanza alla quale l’onda sposta il mezzo. Il numero di onde che passano attraverso il mezzo nel tempo è la frequenza dell’onda. Maggiore è la frequenza di un’onda meccanica, maggiore è l’energia che trasmette.
Le onde trasversali trasmettono la loro energia in modo su e giù o da un lato all’altro, costringendo il mezzo a prendere la forma di una cresta e una depressione, come in un’onda sinusoidale. Un buon esempio di questo tipo di onda è un’onda S sismica in cui la crosta terrestre si muove su e giù, o da un lato all’altro, perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell’onda. Il modello d’onda meccanico di un’onda trasversale è dato dall’equazione d’onda, un’equazione dell’energia, la cui soluzione è un’onda sinusoidale che possiede le suddette caratteristiche di frequenza, periodo, lunghezza d’onda e ampiezza.
Le onde longitudinali sono onde di densità che si muovono attraverso l’espansione e la compressione delle particelle del mezzo. Un’espansione e una compressione sono una lunghezza d’onda. Buoni esempi di queste onde sono le onde sonore nell’aria e le onde P sismiche nel terreno. Maggiore è la densità del materiale, più velocemente le onde si muovono attraverso di esso.
Le onde di confine sono onde meccaniche che risuonano tra due mezzi dissimili. Le cavità d’aria e le corde vincolate negli strumenti musicali, la vibrazione di un diapason e la forma a corona di una goccia d’acqua sono buoni esempi di onde meccaniche di confine. Il suono risonante del diapason è limitato dalla forma e dalle dimensioni del suo contorno e dall’elasticità del materiale che lo compone.