Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
Casa » L'equazione delle onde (fisica)

L'equazione delle onde (fisica)

1747
  • Jean le Rond d’Alembert
Jean le Rond d'Alembert developing the wave equation in a historical office setting.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Un'iperbolica lineare del secondo ordine differenziale parziale equazione che regola la propagazione di vari tipi di onde. Nella sua forma più semplice, si scrive come [latex]\frac{parziale^2 u}{parziale t^2} = c^2 \nabla^2 u[/latex], dove [latex]u(\vec{x},t)[/latex] è l'ampiezza dell'onda, [latex]c[/latex] è la velocità dell'onda e [latex]\nabla^2[/latex] è la velocità dell'onda. Laplace operatore. Modella fenomeni come la vibrazione delle corde, le onde sonore e le onde luminose.

L'equazione delle onde è l'archetipo delle PDE iperboliche. A differenza dell'equazione equazione del calore, è del secondo ordine nel tempo, il che dà origine a soluzioni oscillatorie e ondulatorie. La presenza del termine [latex]\frac{parziale^2 u}{parziale t^2}[/latex] implica che l'accelerazione è proporzionale alla curvatura locale della funzione, una relazione caratteristica delle forze riparatrici come la tensione in una corda. La costante [latex]c[/latex] rappresenta la velocità finita con cui i disturbi si propagano attraverso il mezzo.

Una caratteristica fondamentale dell'equazione d'onda è il principio di causalità e la velocità di propagazione finita. Una perturbazione in un punto [latex]\vec{x}_0[/latex] al tempo [latex]t_0[/latex] può influenzare solo i punti [latex]\vec{x}[/latex] in un tempo successivo [latex]t[/latex] che si trovano entro una distanza di [latex]c(t-t_0)[/latex]. Questa regione è nota come ‘cono di influenza’. Al contrario, il valore della soluzione a [latex](\vec{x}, t)[/latex] dipende solo dai dati iniziali all'interno del suo ‘dominio di dipendenza’. Ciò contrasta nettamente con la velocità di propagazione infinita dell'equazione del calore.

In una dimensione spaziale, l'equazione [latex]u_{tt} = c^2 u_{xx}[/latex] ha una soluzione generale straordinariamente semplice, scoperta da d'Alembert: [latex]u(x,t) = F(x-ct) + G(x+ct)[/latex]. Questa rappresenta la sovrapposizione di due onde che viaggiano in direzioni opposte con velocità [latex]c[/latex]. Le forme di queste onde, determinate dalle funzioni [latex]F[/latex] e [latex]G[/latex], si conservano durante la propagazione.

UNESCO Nomenclature: 1208
- Fisica matematica

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • le leggi del moto di newton
  • legge di hooke per le forze elastiche
  • sviluppo del calcolo e delle derivate parziali
  • studi sulle corde vibranti di brook taylor e johann bernoulli

Applicazioni

  • acustica e ingegneria audio
  • elettromagnetismo (propagazione delle onde luminose e radio)
  • sismologia per la modellazione dei terremoti
  • dinamica dei fluidi per onde superficiali
  • relatività generale per le onde gravitazionali

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • sistemi di cancellazione attiva del rumore per uffici open space mediante interferenza predittiva delle onde
  • terapie mediche non invasive che utilizzano ultrasuoni focalizzati per distruggere i tumori
  • tecnologie di occultamento basate su metamateriali che piegano le onde luminose attorno a un oggetto
  • imaging sismico di nuova generazione per l'esplorazione delle risorse
  • haptic feedback technology that simulates textures using surface acustico waves
  • sistemi di comunicazione sottomarina che utilizzano onde acustiche modulate
  • tecnologia di comunicazione wireless ad alta velocità lifi (light fidelity)
  • modellazione predittiva delle eruzioni solari e del loro impatto elettromagnetico sulla Terra
Correlato a: equazione d'onda, pde iperbolico, formula di d'alembert, propagazione delle onde, acustica, elettromagnetismo, velocità della luce, fisica matematica.

Contesto storico

L'equazione delle onde (fisica)

150
1640
1650
1747
1758
1777
1799
-550
1635
1650
1736
1750
1763-12-23
1780
1805

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

Le immagini a grandezza naturale e i download sono disponibili, gratuitamente al 100%, solo per gli utenti registrati.

> Login <