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Onde meccaniche e suono
Le onde meccaniche hanno la caratteristica di propagarsi in un mezzo materiale seguendo le leggi della meccanica classica. Un' onda è la propagazione di una perturbazione nello spazio caratterizzata dal trasporto di energia senza trasporto di materia.
ONDE TRASVERSALI E ONDE LONGITUDINALI
→ Esempi: Un' onda è trasversale quando la direzione di oscillazione è perpendicolare alla direzione di propagazione dell'onda. Corda Corde di una chitarra o violino Onde radio e della luce (le onde elettromagnetiche) → Esempi: Un' onda è longitudinale quando la direzione dell'oscillazione coincide con la direzione di propagazione dell'onda. Una molla (che può essere anche un'onda trasversale, dipende come la muovi) Onde sonore Nei solidi si possono propagare sia onde trasversali sia onde longitudinali, mentre nei liquidi e negli aeriformi , poiché le forze attrattive fra atomi e molecole sono molto deboli, si propagano solo onde longitudinali (o con caratteristiche intermedie, come le onde del mare).
Le onde del mare , in vicinanza della superficie, non sono riconducibili a onde trasversali o longitudinali, in quanto le molecole dell'acqua si muovono contemporaneamente sia in senso verticale sia in senso orizzontale. Pertanto si ha una combinazione di oscillazioni trasversali e longitudinali che causano traiettorie quasi circolari.
Un' onda longitudinale si propaga solo nei messi materiali, mentre un'onda trasversale può propagarsi anche nel vuoto (come accade alle onde elettromagnetiche in generale e, perciò, anche alla luce)
→ Perché le onde del mare in presenza di un fondale si infrangono spumeggiando con la riva? Quando le onde si avvicinano alla terra ferma, il fondale esercita un certo attrito sulle particelle di acqua degli starti inferiori che hanno via via una maggiore difficoltà a completare a parte inferiore della traiettoria. Tale distorsione provoca un rallentamento dell'onda, per cui essa viene raggiunta dall'onda successiva sino a quando la parte superiore della stessa, diventata instabile, percepita in avanti dando origine alla caratteristica spuma. → Perché se un sottomarino in caso di tempesta si inabissa trova in profondità acque tranquille? A man mano che si scende in profondità, le traiettorie tendono a diventare ellittiche e a restringersi, per cui i movimenti ondosi cessano.
RICORDA:
CARATTERISTICHE DELLE ONDE
Finora ci siamo occupati delle oscillazioni di un singolo punto P, ma in un'onda sono presenti contemporaneamente due aspetti che possono essere visualizzati graficamente in maniera differente: l'oscillazione del singolo punto e l'avanzamento dell'onda.
Un' onda è detta periodica quando l'impulso si ripete con regolarità e quindi le oscillazioni, oltre ad avanzare, si ripetono regolarmente in tutti i punti del mezzo. Es. Un caso particolare di un' onda periodica si ha quando il moto di andirivieni di un punto P qualunque di un'onda è un moto armonico.
Se calcoliamo il tempo che il punto P impiega a compiere un'oscillazione completa, abbiamo una delle grandezze necessarie per caratterizzare un'onda: il periodo Il periodo T è il tempo necessario affinché il singolo punto di un'onda compia un'oscillazione completa. Si misura in secondi (s)
Il movimento di oscillazione del punto P può essere più o meno veloce, per cui il numero di oscillazioni complete fatte in un secondo cambia da una situazione all'altra. Viene così definita un'altra grandezza, la frequenza. La frequenza f è il numero di oscillazioni complete che un punto dell'onda compie in un secondo: Si misura in Hertz (Hz)
La distanza fra le due posizioni prende il nome di ampiezza (A). I punti di massima ampiezza verso l'alto vengono chiamati creste , mentre quelli di massima ampiezza verso il basso sono detti gole. L' ampiezza A è il massimo spostamento di un punto dell'onda dalla posizione di equilibrio. Si misura in metri (m)
La lunghezza d'onda ( ) è la distanza percorsa dall'onda in un intervallo di tempo pari al periodo T e può essere individuata dalla distanza tra due creste o due gole consecutive. Si misura in metri (m) Quindi la velocità sarà: Ricordando la formula per trovare la frequenza possiamo scrivere:
IL COMPORTAMENTO DELLE ONDE
Per studiare alcuni comportamenti caratterizzanti le onde, utilizziamo un ondoscopio. Si tratta di una vaschetta contenente acqua, sulla cui superficie viene fatta vibrare una punta o una lamina che fungono da sorgenti.
→ PRINCIPIO DI SOVRAPPOSIZIONE
Tuttavia, ciascuna onda non modifica il moto dell'altra: la loro composizione segue il principio di sovrapposizione. Se in un punto agiscono contemporaneamente due o più onde. La perturbazione totale è data dalla somma algebrica delle perturbazione prodotte dalle singole onde. Esistono due tipi di interferenza. → CONDIZIONI DI INTERFERENZA COSTRUTTIVA E DISTRUTTIVA
**_1. INTERFERENZA COSTRUTTIVA
- INTERFERENZA DISTRUTTIVA_** In un punto di ha interferenza costruttiva se in esso giungono contemporaneamente due creste o due gole. In un punto si ha interferenza distruttiva se in esso giungono contemporaneamente una cresta e una gola.
IL SUONO
Questo termine indica un fenomeno che comprende la produzione delle onde sonore, la loro propagazione, la ricezione e la loro percezione, cioè l'elaborazione da parte del cervello di una serie di stimoli di natura chimica ed elettrica. → → L' onda sonora è un'onda meccanica longitudinale che si propaga in un mezzo materiale.
- Aria a 0° =331 m/s
- Aria a 20° =343 m/s (quando il problema non specifica i gradi bisogna usare questo dato)
- Acqua = 1480 m/s
Tutti i corpi che vibrano producono suoni, ma il nostro occhio non è in grado di percepirli tutti. Se la sorgente vibra con una frequenza che non rientra nell' intervallo di udibilità umana (da 20 Hz a 20000 Hz), non avvertiamo nulla. Le onde elastiche di frequenza superiore a 20 000 Hz sono dette ultrasuoni. Le onde con frequenza inferiore a 20 Hz si chiamano infrasuoni. Finora abbiamo parlato genericamente di suoni: tuttavia, c'è una notevole differenza tra il rumore del traffico e una bella canzone. In ambito acustico i suoni propriamente detti vengono distinti dai rumori per il fatto che solamente le onde che generano i primi sono caratterizzate dalla periodicità. I suoni si classificano in base alla frequenza. Per esempio a ciascuna nota musicale corrisponde una frequenza precisa. Caratteristica Sensazione dell'ascoltatore Causa fisica Rappresentazione grafica ALTEZZA l'altezza permette di distinguere i suoni gravi e quelli acuti. Aumentando dalla frequenza , aumenta la sensazione di acutezza, cioè si ha una maggiore altezza INTENSITÀ Il livello di intensità sonora (=il volume) permette di distinguere i suoni deboli da quelli forti.
- Se cresce l' intensità sonora aumenta l'energia trasportata dall'onda sonora e di conseguenza aumenta l' ampiezza delle vibrazioni
- La sensazione fisica è legata all'intensità sonora, cioè alla quantità di energia che passa perpendicolarmente attraverso 1 m di superficie TIMBRO Il timbro di voce rende inconfondibile qualsiasi voce umana. A parità di frequenza e di ampiezza le onde differiscono, risultando così sempre distinguibili, grazie al timbro, cioè alle loro forme diverse
L'ECO E IL RIMBOMBO
L' eco e il rimbombo sono due fenomeni dovuti alla riflessione delle onde sonore contro un ostacolo. Il fenomeno dell'eco si verifica a condizione che il tempo che trascorre fra l'emissione del suono e l'arrivo dell'onda riflessa sia almeno di un decimo di secondo. Poiché il suono si propaga a velocità costante, vale la legge oraria del moto rettilineo uniforme:
- Un'onda è la propagazione di materia senza trasporto di energia. F
- La velocità di un'onda è direttamente proporzionale alla frequenza. V
- Nella riflessione l'angolo d'incidenza è sempre uguale all'angolo di riflessione. V
- Nella rifrazione l'angolo d'incidenza è sempre maggiore di quello di rifrazione. F
- Il suono è un'onda meccanica trasversale. F
- Il suono non si propaga in assenza di materia. V
- L'altezza di un suono dipende dall'ampiezza dell'onda. F
- L'eco è un fenomeno di riflessione del suono. V Se un treno in movimento emette un fischio di frequenza f e un ascoltatore fermo riceve un suono di frequenza f1 > f si può dedurre che il treno è in avvicinamento. V
Se una sorgente in movimento emette un suono di lunghezza d'onda λ, qualsiasi ascoltatore fermo riceverà un suono di lunghezza d'onda minore di λ. F
- Qual è la natura principale di un'onda? Trasporta solo energia
- Quale delle seguenti affermazioni riguardanti un'onda trasversale è errata? Si può avere nella materia, ma anche nel vuoto Le particelle materiali oscillano nella stessa direzione di propagazione dell’onda→ questa è quella sbagliata La frequenza dell’onda è data dall’inverso del periodo Non comporta trasporto di materia
- Il periodo individua: Il tempo necessario affinché un singolo punto P compia un’oscillazione completa
- La lunghezza d'onda è la distanza: Percorsa dall’onda in un intervallo di tempo pari al periodo
- Quale fra le seguenti formule individua la velocità di un'onda? v = λ · f
- Se le onde in una vaschetta passano da una zona di acqua più profonda a una zona meno profonda, si ha che: Il raggio rifratto si avvicina alla normale La diffrazione dà luogo a una sorgente puntiforme a condizione che la fenditura su cui incide l'onda abbia approssimativamente larghezza:
Uguale alla lunghezza d’onda
- Nel fenomeno dell'interferenza, su una linea di interferenza distruttiva possiamo trovare: Due creste e una gola
- Il suono si propaga: Nei mezzi materiali, ma non nel vuoto Un'ambulanza sta suonando la sirena ed è in rapido allontanamento dall'osservatore. Quale fra le seguenti deduzioni è corretta?
Il suono mantiene invariata la sua altezza
