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Copyright © 2009 Zanichelli editore Unità 14 Le onde elastiche e il suono.

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Presentazione sul tema: "Copyright © 2009 Zanichelli editore Unità 14 Le onde elastiche e il suono."— Transcript della presentazione:

1 Copyright © 2009 Zanichelli editore Unità 14 Le onde elastiche e il suono

2 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica 1. Le onde Un'onda è una perturbazione che si propaga trasportando energia senza trasporto di materia. Ad esempio l'onda in una pozzanghera in cui cade una goccia d'acqua: le molecole d'acqua non si spostano ma oscillano su e giù.

3 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica Onde su una corda La perturbazione si propaga nel mezzo materiale che in questo caso è la corda.

4 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica Onde su una corda Mezzo materiale: la corda. Trasmette il movimento, cioè energia cinetica ai punti della corda. Sorgente dell'onda: la mano. E l'origine della perturbazione. Si propagano mediante onde anche la luce, il suono, i terremoti, i segnali radio.

5 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica Onde trasversali e longitudinali In una molla tirata avanti e indietro o in una sbarra di acciaio colpita da un martello, si propaga un'onda longitudinale. Onda longitudinale: i punti del mezzo materiale oscillano in direzione parallela a quella di propagazione dell'onda.

6 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica Onde trasversali e longitudinali In una molla tirata su e giù oppure nella corda di uno strumento, si propaga un'onda trasversale. Onda trasversale: i punti del mezzo materiale oscillano in direzione perpendicolare quella di propagazione dell'onda.

7 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica Onde elastiche Le onde elastiche si propagano grazie alle proprietà elastiche del mezzo materiale. Le onde del mare non sono elastiche perché l'acqua è incompressibile. I volumetti di liquido sono soggetti a un moto longitudinale e uno trasversale, la cui somma dà un moto circolare.

8 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica 2. Le onde periodiche Si dice periodica un'onda che si ripete identica a se stessa a intervalli di tempo costanti.

9 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica La lunghezza d'onda e l'ampiezza Lunghezza d'onda : è la minima distanza dopo la quale un'onda periodica torma a riprodursi identica a se stessa. Ampiezza: è la differenza tra il valore massimo della grandezza che oscilla e il valore di equilibrio.

10 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica Il periodo e la frequenza Periodo T: è l'intervallo di tempo che un punto del mezzo materiale impiega per compiere un'oscillazione completa. (Nell'esempio della corda T=2 s.) Frequenza f: è il numero di oscillazioni complete che l'onda descrive in un secondo. Si misura in hertz (Hz). (Nell'esempio f = 0,5 Hz.)

11 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica La velocità di propagazione e la grandezza che oscilla Velocità di propagazione v: poiché in un periodo T l'onda percorre una lunghezza d'onda, la velocità v è: Grandezza che oscilla: dipende dal tipo di onda. In una corda la posizione di un suo tratto; in una pozzanghera la posizione di un volumetto di acqua; in una barra metallica la densità di uno straterello.

12 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica 3. Le onde sonore Il suono è un'onda la cui sorgente è un corpo che vibra, come le corde di una chitarra o le corde vocali. Il mezzo di propagazione può essere l'aria.

13 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica Il suono è un'onda longitudinale Facciamo vibrare una sottile lamina d'acciaio in modo periodico.

14 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica Il suono è un'onda longitudinale La vibrazione crea zone di compressione e di rarefazione dell'aria che si propagano: la grandezza che oscilla è la pressione dell'aria. Il suono è un'onda longitudinale formata da successive compressioni e rarefazioni del mezzo.

15 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica Il suono è un'onda longitudinale Noi udiamo il suono perché l'onda sonora fa vibrare il nostro timpano. Il suono non si propaga nel vuoto. Infatti non si riesce a sentire il suono di un campanello sotto vuoto.

16 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica La velocità del suono La velocità di propagazione del suono varia a seconda del mezzo materiale in cui il suono si propaga. Nell'acqua il suono è quasi 5 volte più veloce che nell'aria. Il suono è molto lento rispetto alla luce (v= km/s).

17 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica 4. Le caratteristiche del suono I do della scala del pianoforte: ad ogni ottava superiore corrisponde un raddoppio della frequenza. Il suono è un'onda periodica che ha tre caratteristiche: altezza, intensità e timbro. 1) Altezza Distingue un suono acuto da un suono grave e dipende dalla frequenza.

18 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica Le caratteristiche del suono Frequenza maggiore: suono più acuto. Frequenza minore: suono più grave. 2) Intensità Distingue un suono ad alto volume da uno a basso volume e dipende dall'ampiezza. Ampiezza maggiore: suono più forte. Ampiezza minore: suono più debole.

19 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica Le caratteristiche del suono 3) Timbro Dipende dalla particolare legge periodica con cui oscilla l'onda sonora. E' caratteristico di ogni sorgente del suono.

20 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica L'intensità di un'onda sonora L'intensità di un'onda è il rapporto tra l'energia che incide su una superficie trasversale nel tempo t e l'area della superficie per t. Quindi l'intensità I è l'energia che incide in 1 s su un'area di 1 m 2.

21 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica 5. I limiti di udibilità L'orecchio umano percepisce suoni di frequenza compresa tra 20 Hz e Hz. f Hz: ultrasuoni.

22 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica 6. L'eco Il suono emesso dalla sorgente viene riflesso da un ostacolo e viene di nuovo udito come se provenisse da lontano. L'eco si ode dopo un tempo dove v è la velocità del suono. Se d=20 m, t = 0,12 s. Per t minori si ode solo il rimbombo.

23 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica L'eco

24 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica 7. Le onde stazionarie Un impulso trasversale si propaga come onda su una molla, si riflette all'estremo fisso e torna indietro. La sovrapposizione dell'onda progressiva con l'onda regressiva dà l'onda stazionaria.

25 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica Le onde stazionarie La corda di una chitarra vibra di un'onda stazionaria. I nodi sono i punti fissi agli estremi. Tutti i punti della corda raggiungono insieme il massimo e il minimo di oscillazione. Un'onda stazionaria rimane sempre nella stessa zona di spazio, senza propagarsi al di fuori e senza trasportare energia da un punto all'altro della zona che occupa.

26 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica I modi normali di oscillazione Pizzicando opportunamente una corda si ottengono onde stazionarie con un numero di nodi > 2. I modi normali di oscillazione sono quelli in cui tutti i punti oscillano di moto armonico con la stessa f.

27 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica Le frequenze dei modi normali Il primo modo normale è quello con due nodi, che ha una lunghezza d'onda 1 = 2 L. (L = lunghezza corda)

28 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica Le frequenze dei modi normali In generale il modo normale numero n, che ha n+1 nodi, ha La frequenza e la velocità del modo normale numero n sono: da cui

29 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica Le frequenze dei modi normali Il modo normale numero 1, che è detto armonica fondamentale, ha Le frequenze da f 2 in poi sono le armoniche superiori. Un'onda stazionaria si può ottenere come sovrapposizione di due o più modi normali.

30 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica 8. L'effetto Doppler Effetto Doppler: la frequenza di un'onda periodica, rilevata da un ricevitore in moto rispetto alla sorgente, è diversa da quella rilevata da un ricevitore fermo rispetto alla sorgente. Quando sentiamo la sirena di un'ambulanza che prima si avvicina a noi e poi si allontana, percepiamo prima un suono più acuto e poi uno più grave.

31 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica L'effetto Doppler : sorgente ferma rispetto al mezzo e ricevitore in moto L'effetto Doppler varia a seconda di chi è in moto rispetto al mezzo di propagazione.

32 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica L'effetto Doppler : sorgente ferma rispetto al mezzo e ricevitore in moto La formula è: ricevitore in allontanamento: si sceglie il segno– e f' < f: il suono percepito è più grave ; ricevitore in avvicinamento: si sceglie il segno+ e f' > f: il suono percepito è più acuto.

33 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica L'effetto Doppler : sorgente ferma rispetto al mezzo e ricevitore in moto Dimostriamo la formula in caso di avvicinamento. Se il ricevitore è fermo, Quando si muove, non cambia, mentre la velocità del suono è. Quindi e poiché, si ha

34 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica L'effetto Doppler : sorgente in moto rispetto al mezzo e ricevitore fermo

35 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica L'effetto Doppler : sorgente in moto rispetto al mezzo e ricevitore fermo La formula è: sorgente in avvicinamento: si sceglie il segno – e f' > f: il suono percepito è più acuto; sorgente in allontanamento: si sceglie il segno+ e f' < f: il suono percepito è più grave.

36 Copyright © 2009 Zanichelli editoreUgo Amaldi - Corso di fisica L'effetto Doppler : applicazioni Molti sensori di movimento sfruttano l'effetto Doppler: l'onda riflessa ha frequenza minore o maggiore a seconda che l'oggetto in moto si allontani o si avvicini. Mediante l'effetto Doppler degli ultrasuoni si misura la velocità del sangue nelle vene e nelle arterie.


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