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Onde - Definizioni Onda. Perturbazione dello stato di un corpo o di un campo dovuto al trasporto di energia. Le onde acustiche trasmettono energia al mezzo.

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1 Onde - Definizioni Onda. Perturbazione dello stato di un corpo o di un campo dovuto al trasporto di energia. Le onde acustiche trasmettono energia al mezzo in cui si propagano attraverso il moto vibrazionale delle molecole. Le onde elettromagnetiche trasmettono energia perturbando lo stato del campo elettromagnetico. Onda periodica. Onda che presenta la stessa configurazione in intervalli successivi. Unonda sinusoidale è unonda periodica la cui descrizione è data da una funzione trigonometrica. Onda longitudinale Onde per cui la direzione di propagazione e la vibrazione coincidono. Onda trasversale Onde per cui la direzione di propagazione e la vibrazione sono perpendicolari.

2 Onde - Definizioni Fronte donda Parte dello spazio ove vi sia - ad un certo istante - una stessa variazione delle forze generatrici di onda.

3 Onde - Definizioni Lunghezza donda [m] ( ) Distanza, in unonda periodica, fra due creste successive o fra due punti con uguale velocità (vettoriale). Frequenza [Hz=s -1 ] (f oppure ) Numero di ripetizioni di unonda nellunità di tempo. Ampiezza (A) Legata alla quantità di energia trasportata. Lunità di misura verrà specificata nel seguito. Periodo [s] (T) Intervallo di tempo fra due ripetizioni di onda uguali Velocità [m/s] (v) Velocità di movimento del fronte donda Velocità delle onde acustiche nellaria: v=344 m/s

4 Onde - Onde trasversali Esempio. Propagazione di un impulso lungo una corda Nellistante t il segmento R subisce una variazione in direzione delle forze di tensione che lo legano alla parte sinistra della corda F 1. Nello stesso istante egli è soggetto alle forze di tensione verso la parte destra della corda F 2. La risultante delle forze S è una forza diretta verso lalto, quindi per la II legge della dinamica il corpo subisce unaccelerazione proporzionale alla forza risultante. La variazione della direzione di F 1, provocherà nellistante successivo la variazione della direzione della forza F 2, e così via fino a quando R raggiunge il massimo del suo spostamento. A questo punto per un processo analogo R tornerà verso la sua posizione di equilibrio Il moto di R è quindi determinato unicamente dalla risultante delle forze di azione e reazione.

5 Onde - Onde longitudinali Esempio. Propagazione del suono in aria Nellistante t il volume daria R subisce una forza dovuta alla variazione di pressione delle molecole alla sua sinistra (p+p 1 ). Nello stesso istante egli è soggetto alla pressione delle molecole alla sua destra p 2.. La risultante delle forze provoca una aumento di pressione sullelemento R, relativamente al suo stato di quiete, e quindi una sua diminuzione di volume (compressione). La variazione di pressione provoca inoltre una forza che viene esercitata sugli elementi a destra di R, e quindi una reazione che si opporrà alla nuova forza risultante e riporterà lelemento R alle sue condizioni di equilibrio. Il moto di R è quindi determinato unicamente dalla risultante delle forze di azione e reazione degli elementi di aria.

6 Onde - Sovrapposizione di onde esempio 1 Frequenza dellonda somma: 500 Hz

7 Onde - Sovrapposizione di onde esempio 2 Frequenza dellonda somma: 500 Hz La frequenza dellonda somma ha un valore uguale al massimo comune divisore dei valori delle frequenze componenti

8 Onde - Scomposizione di unonda Un suono non sinusoidale è chiamato complesso: esso può essere periodico, o no. Un suono (o segnale) complesso può essere considerato come la somma (algebrica) di segnali sinusoidali (serie e integrale di Fourier) ciascuno di data frequenza e intensità. Se il segnale complesso è periodico (con periodo T), esso si può scomporre in un certo numero di segnali sinusoidali le cui frequenze sono multipli interi di una frequenza chiamata frequenza fondamentale. In questo caso i segnali componenti prendono il nome di armoniche: la prima armonica è chiamata fondamentale e la sua frequenza è uguale a 1/T; la seconda armonica ha una frequenza 2/T, la terza armonica 3/T e così via.

9 Onde - Spettro in frequenza di un onda periodica I segnali sinusoidali che compongono un segnale complesso sono chiamati componenti o parziali. Lo spettro di un segnale complesso può essere rappresentato sotto forma di un grafico con la frequenza di ciascuna componente sullasse delle ascisse e il corrispondente livello di intensità (o lintensità, o la pressione acustica o lampiezza) sullasse delle ordinate. Lo spettro di un segnale complesso periodico è discontinuo: è come si dice uno spettro a righe o discreto. La distribuzione e laltezza delle righe spettrali è caratteristica del particolare segnale complesso periodico considerato. Lo spettro di un suono puro (cioè sinusoidale) per esempio, è costituito da una sola riga.

10 Onde - Analisi di Fourier di un segnale

11 Velocità di propagazione delle onde acustiche MaterialeVelocità di propagazione Aria344 m/s Acqua1480 m/s Tessuto corporeo1570 m/s Legno3850 m/s Alluminio5100 m/s Vetro5600 m/s NOTA: Nel passaggio tra due mezzi con diverse velocità di propagazione, la frequenza dellonda si mantiene inalterata mentre varia la lunghezza donda.

12 Consideriamo unonda con un fronte donda piano che si propaga in un mezzo omogeneo, la sua velocità, quando urta con una superficie di separazione con un altro mezzo, cambia in direzione e verso. Lintensità dellonda riflessa è una frazione r dellintensità I 0, la frazione di onda rifratta varrà (1-r). Le direzioni delle onde riflesse e delle onde rifratte dipendono dalla velocità di propagazione v dellonda nei due mezzi. Le onde riflesse hanno una direzione tale che Le onde rifratte hanno una direzione data dalla Legge di Snell: Onde - Riflessione e Rifrazione

13 Onde - Effetto Doppler La frequenza di unonda per definizione è il numero di onde che si riproducono uguali a se stesse in un intervallo di tempo. Il numero di onde nellunità di tempo dipende unicamente dalla velocità di propagazione dellonda nel caso di sorgenti e rivelatori in quiete. Se la sorgente e/o il rivelatore non sono in quiete il numero di onde rivelate nellunità di tempo differisce dal numero di onde rivelato in caso di quiete e quindi la frequenza delle onde rivelate è diversa da quella delle onde emesse. In riferimento alla figura se la sorgente è ferma rispetto al rivelatore il numero di onde rivelate in un secondo è identica a quella delle onde emesse: Se invece la sorgente è in moto il numero di onde rivelate è: Pertanto nel caso di sorgenti la cui velocità ha una componente con verso uguale a quello di propagazione dellonde lungo la congiungente sorgente-rivelatore (sorgente in avvicinamento), la frequenza rivelata è maggiore di quella emessa. È minore in caso opposto.

14 Acustica - Caratteristiche di unonda sonora Definizione. Potenza sonora [W] (P) È lenergia emessa da una sorgente sonora nellunità di tempo. La potenza sonora è il parametro indicativo dellampiezza di una sorgente. Definizione. Intensità sonora [W/m 2 ] (I) È una grandezza energetica. Rappresenta l'energia che nell'unità tempo fluisce attraverso una determinata superficie cioè quanto unonda sonora sia forte

15 Onde. Variazione dellintensità sonora con la distanza Si consideri le due sfere rappresentate in figura. Lintensità sonora che attraversa la sfera 1 è, per definizione: Nella sfera 2 è trascurando lattenuazione dellaria P 1 =P 2, risolvendo rispetto alla potenza della sorgente si ottiene: vale la legge del quadrato della distanza

16 Definizione Livello di intensità sonora [dB] (IL) In acustica, poiché laumento di pressione provocate dalle sorgenti sonore ha un ordine di grandezza milioni di volte inferiore rispetto alla pressione atmosferica, è utilizzato il livello di intensità sonora (IL), definito come il logaritmo del rapporto fra lintensità misurata rispetto ad una intensità di riferimento (I 0 ): Acustica - Misura dellintensità del suono

17 Acustica - Misure Per convenzione internazionale: I 0 = W/m 2 Ludito è sensibile a intensità tra W/m 2 a 10 2 W/m 2 tra 0 e 140 dB

18 Acustica. Acuità uditiva Grafico dellacuità uditiva in relazione a intensità e frequenza


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