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Le onde Suono Effetto doppler. Classificazione sulla base dellorigine della perturbazione: Onde meccaniche Necessitano di un mezzo per propagarsi e sono.

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Presentazione sul tema: "Le onde Suono Effetto doppler. Classificazione sulla base dellorigine della perturbazione: Onde meccaniche Necessitano di un mezzo per propagarsi e sono."— Transcript della presentazione:

1 Le onde Suono Effetto doppler

2 Classificazione sulla base dellorigine della perturbazione: Onde meccaniche Necessitano di un mezzo per propagarsi e sono prodotte perturbando un punto del mezzo. Onde elettromagnetiche Esempi: corda tesa in oscillazione, onda nello stagno, suono Sono prodotte da campi elettrici e magnetici variabili nel tempo e non necessitano di un mezzo nel quale propagarsi si propagano anche nel vuoto

3 Interferenza tra onde sonore: interferenza costruttiva: interferenza distruttiva: La differenza di cammino r è legata alla differenza di fase Se le onde sono in fase ( =0; 2, 4,…): interferenza costruttiva Se le onde sono in opposizione di fase ( =, 3, 5, …): interferenza distruttiva

4 Onde stazionarie: Quando interferiscono due onde di pari ampiezza e frequenza, che di propagano in verso opposto si ottiene unonda stazionaria. Unonda stazionaria è caratterizzata dalla presenza di punti fissi, chiamati nodi, dove lampiezza dellonda è sempre nulla, e dalla presenza di ventri, dove lampiezza è massima. Nelle onde stazionarie lenergia non viene trasferita da un punto allaltro ma rimane localizzata: ciascun punto vibra con una energia propria che dipende dalla sua posizione.

5 Onde stazionarie: Quando interferiscono due onde di pari ampiezza e frequenza, che di propagano in verso opposto si ottiene unonda stazionaria. Unonda stazionaria è caratterizzata dalla presenza di punti fissi, chiamati nodi, dove lampiezza dellonda è sempre nulla, e dalla presenza di ventri, dove lampiezza è massima. Nelle onde stazionarie lenergia non viene trasferita da un punto allaltro ma rimane localizzata: ciascun punto vibra con una energia propria che dipende dalla sua posizione.

6 Le onde sonore: Le onde sonore sono onde meccaniche longitudinali che si propagano nei mezzi comprimibili o elastici. Le particelle del mezzo subiscono spostamenti avanti e indietro rispetto alle posizioni di equilibrio creando variazioni di densità e di pressione, quindi zone di compressione seguite da zone di rarefazione. Frequenze rivelabili dallorecchio umano: Hz Infrasuoni: < 20Hz Ultrasuoni: >20000 Hz La velocità di propagazione del suono è diversa a seconda del mezzo in cui il suono si propaga: Aria (20°C): 344 m/s Acqua (20°C): 1482 m/s Acciaio: 5940 m/s

7 Applicazioni tecnologiche degli ultrasuoni e infrasuoni: fischietti per cani addomesticati; ecografia (basata sulla ecolocazione - radar come per i pipistrelli; litotrissia dei calcoli renali (23 J di energia per impulso); Individuazione di meteoriti, per mezzo di rilevatori di infrasuoni, prima del loro ingresso in atmosfera (Laboratorio Nazionale di Los Alamos - New Mexico costruito originariamente per rilevare esplosioni relative a test nucleari segreti).

8 Le onde sonore: Un suono è caratterizzato da: altezza: è rappresentata dalla frequenza. Per frequenze elevate un suono è detto acuto, mentre è detto grave per frequenze basse; timbro: è legato alla forma dellonda. Suoni della stessa altezza possono quindi avere timbri diversi,poiché caratterizzati da una diversa forma dellonda; intensità: è lenergia trasportata dallonda per unità di tempo e per unità di superficie. La risposta dellorecchio umano alle diverse intensità è espressa dal livello sonoro o livello di intensità del suono, una grandezza adimensionale la cui unità di misura è il bel (B). Comunemente si usa il sottomultiplo decibel (dB).

9 Le onde sonore: La risposta dellorecchio umano alle diverse intensità è espressa dal livello sonoro o livello di intensità del suono, una grandezza adimensionale la cui unità di misura è il bel (B). Comunemente si usa il sottomultiplo decibel (dB). La minima intensità percepibile dalluomo è detta soglia delludibile I 0 = W/m 2 e corrisponde ad un livello di intensità pari a 0 dB. La massima intensità tollerabile dalluomo è detta soglia di dolore I = 1 W/m 2 e corrisponde ad un livello di intensità di 120 dB. Moltiplicare lintensità di un fattore 10 equivale ad addizionare al livello sonoro 10 dB.

10 Intensità del suono Il volume di un suono è determinato dalla sua intensità I cioè dalla quantità di energia che attraversa una data area in un determinato intervallo di tempo Ricordando che E/t = P (potenza) si può esprimere anche: I = P/A Lunità di misura dellintensità sonora è quindi Watt/m 2. Sperimentalmente si è verificato che la minima intensità udibile è I 0 = W/m 2 La percezione umana del suono è misurata dalla grandezza: B = 10 log(I/ I 0 ) detta bel dal nome dei Alexander Graham Bell ( ) inventore del telefono. Maggiormente utilizzato è il decimo del bel indicato con db.

11 Leffetto Doppler: Effetto che si verifica ogniqualvolta si ha un moto relativo tra la sorgente dellonda ed un osservatore: la frequenza percepita dallosservatore è diversa da quella che caratterizza la sorgente. La differenza tra la frequenza percepita e quella della sorgente dipende dalla velocità relativa tra sorgente ed osservatore

12 Leffetto Doppler: Effetto che si verifica ogniqualvolta si ha un moto relativo tra la sorgente dellonda ed un osservatore: la frequenza percepita dallosservatore è diversa da quella che caratterizza la sorgente. La differenza tra la frequenza percepita e quella della sorgente dipende dalla velocità relativa tra sorgente ed osservatore

13 Leffetto Doppler: Effetto che si verifica ogniqualvolta si ha un moto relativo tra la sorgente dellonda ed un osservatore: la frequenza percepita dallosservatore è diversa da quella che caratterizza la sorgente. La differenza tra la frequenza percepita e quella della sorgente dipende dalla velocità relativa tra sorgente ed osservatore

14 Leffetto Doppler: Effetto che si verifica ogniqualvolta si ha un moto relativo tra la sorgente dellonda ed un osservatore: la frequenza percepita dallosservatore è diversa da quella che caratterizza la sorgente. La differenza tra la frequenza percepita e quella della sorgente dipende dalla velocità relativa tra sorgente ed osservatore

15 Leffetto Doppler: Effetto che si verifica ogniqualvolta si ha un moto relativo tra la sorgente dellonda ed un osservatore: la frequenza percepita dallosservatore è diversa da quella che caratterizza la sorgente. La differenza tra la frequenza percepita e quella della sorgente dipende dalla velocità relativa tra sorgente ed osservatore

16 Leffetto Doppler: Effetto che si verifica ogniqualvolta si ha un moto relativo tra la sorgente dellonda ed un osservatore: la frequenza percepita dallosservatore è diversa da quella che caratterizza la sorgente. La differenza tra la frequenza percepita e quella della sorgente dipende dalla velocità relativa tra sorgente ed osservatore Quando la sorgente che emette londa a frequenza f e losservatore che percepisce londa si allontanano luno dallaltra, la frequenza percepita dallosservatore f o è minore di quella che sarebbe percepita per sorgente ed osservatori fissi; viceversa quando sorgente ed osservatore si avvicinano luno allaltra, la frequenza percepita è maggiore. Esempi: - ecodoppler - red shift

17 Effetto Doppler: Chiamando: v=velocità di propagazione dellonda v O =velocità dellosservatore v S =velocità della sorgente Esempi: - ecodoppler - red shift + se losservatore si avvicina alla sorgente - se losservatore si allontana dalla sorgente - se la sorgente si avvicina allosservatore + se la sorgente si allontana dallosservatore

18 fronti donda Sorgente ferma rispetto allaria e osservatore in moto con velocità v o. Detta v rel la velocità dellonda rispetto allosservatore si ha: v rel = v + v o. La lunghezza donda non cambia. In ogni unità di tempo losservatore percepisce, oltre alle f onde che percepirebbe stando fermo, anche le v 0 / dovute al suo movimento. La frequenza percepita f è quindi f = f + (v 0 / e poiché = v/f si ottiene: Si avrà un segno - al numeratore se losservatore si allontana dalla sorgente.

19 Sorgente in moto con velocità v S e osservatore in quiete rispetto allaria : A percepisce una frequenza più alta, B più bassa. In questo caso è la lunghezza donda che varia, sarà minore per losservatore A di un tratto SS = allo spazio percorso in un periodo T. Si avrà: = - v S T. Poiché = v/f, = v/f e T = 1/f, sostituendo si ottiene: S Effetto Doppler osservato in una vasca ondoscopica; lasta vibrante si muove con velocità costante verso destra

20 Esercizi Unonda di lunghezza donda di 0.6 m percorre su una corda una distanza di 8 m in 0.05 s. Calcolare la sua velocità e la sua frequenza

21 Esercizi Determinare la lunghezza donda della luce gialla sapendo che la sua frequenza è pari a Hz

22 Esercizi Unauto della polizia con una sirena a 1000 Hz si muove a 90 km/h. Calcolare la frequenza del suono quando (1) la macchina si avvicina allascoltatore fermo e (2) quando si allontana dallascoltatore fermo

23 Esercizi Un fischietto che hai sempre usato per richiamare il tuo cane emette un suono con frequenza pari a 21 kHz. Il cane tuttavia ultimamente ignora il segnale. Per capire se il fischietto è ancora funzionante, visto che lorecchio umano può percepire suoni con frequenze fino a 20 kHz, è necessario laiuto di un amico che usi il fischietto mentre tu ti muovi in motorino. In che direzione è necessario andare (verso lamico o in senso opposto) e con quale velocità minima per capire se il fischietto è effettivamente ancora funzionate? (si consideri la velocità del suono in aria di 344 m/s) Per percepire una frequenza di almeno 20 kHz è necessario allontanarsi dalla sorgente. La velocità minima deve essere tale da:


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