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Beatrice Luoni cl. IV G a.s. 2010/2011 Data: 01/05/11Luogo: laboratorio di fisica del liceo.

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1 Beatrice Luoni cl. IV G a.s. 2010/2011 Data: 01/05/11Luogo: laboratorio di fisica del liceo

2 Materiale utilizzato Premessa teorica Montaggio dellesperienza Conclusioni

3 Ondoscopio Trasformatore Cavi Fogli di carta Specchio parabolico 2 percussori sferici Specchio piano 3 blocchetti di metallo Acqua Consolle Goniometro Specchio parabolico Specchio piano 2 percussori a pallina asticelle di metallo

4 Londa è qualunque perturbazione che si trasmette nel tempo e nello spazio. È caratterizzata da una lunghezza donda ( λ ) [m], ossia la distanza tra due creste successive, da una frequenza (f) [Hz], che indica il numero di forme donda complete che passano per un dato punto in un secondo, da unampiezza (A) [m],ovvero la distanza tra la cresta dellonda e lasse di propagazione e dal periodo (T), cioè il tempo impiegato da una forma donda completa per passare in un determinato punto. La velocità di unonda è data dal prodotto della sua lunghezza donda per al sua frequenza: v= λ f [m/s],. Il fronte donda: tutti i punti dellonda che oscillano insieme Londa generata da una sorgente puntiforme è composta da una successione di fronti donda circolari. A una grande distanza dalla sorgente, una piccola porzione di uno di questi fronti può essere considerato con buona approssimazione un fronte donda piano.

5 Le onde vengono classificate sulla base di tre criteri: la direzione di propagazione, il numero di dimensioni del mezzo in cui si propagano e il tipo di propagazione. In base ad essi le onde sono suddivise in: Onde trasversali, in cui loscillazione è perpendicolare alla direzione di propagazione dellonda stessa. Onde longitudinali in cui loscillazione è parallela alla direzione di propagazione dellonda stessa. Onde monodimensionali dove la vibrazione avviene in una sola dimensione. Onde bidimensionali dove vibrazione avviene in due dimensioni. Onde tridimensionali dove la vibrazione avviene nelle tre dimensioni dello spazio. Onde sferiche quelle in cui i fronti donda sono sferici. Onde piane quella in cui i fronti donda sono retti o piani. Il principio di Huyghens-Fresnel sostiene che ogni punto, colpito da unonda qualsiasi, diventa a sua volta sorgente di onde sferiche.

6 Si ha il fenomeno della riflessione quando londa incontra la superficie di separazione tra due mezzi e si riflette sul primo mezzo. Leggi della riflessione: 1. Langolo dincidenza è uguale allangolo di riflessione. 2. Il raggio incidente, il raggio riflesso e la normale alla superficie riflettente sono complanari. Si dice riflessione totale quando langolo dincidenza supera langolo limite (minimo angolo di incidenza), in prossimità del quale langolo di rifrazione diventa uguale a 90° e londa torna totalmente nel primo mezzo. Si ha il fenomeno della rifrazione quando londa passa dal primo al secondo mezzo, consiste quindi in una variazione di direzione di propagazione di unonda, che si verifica in corrispondenza della superficie di separazione tra due mezzi. Leggi della rifrazione: 1.Il raggio incidente, il raggio rifratto e la normale alla superficie riflettente sono complanari. 2. Il rapporto tra il seno dellangolo dincidenza e il seno dellangolo di rifrazione è costante ed è pari al rapporto tra le velocità dellonda nei due mezzi.

7 Si ha il fenomeno dellinterferenza quando due o più onde si sovrappongono, in un punto dello spazio. Si dicono sorgenti coerenti due sorgenti che producono due onde che hanno la stessa ampiezza, lunghezza donda e fase. Il principio di sovrapposizione governa il comportamento di due onde che interferiscono. Se le due onde hanno spostamenti concordi nel punto in cui si incontrano, lampiezza dellonda complessiva è maggiore di quella di ciascuna delle due onde di partenza, è si ha interferenza costruttiva. Se viceversa le due onde hanno spostamenti discordi, lampiezza dellonda complessiva è minore di quella delle due onde di partenza e si ha interferenza distruttiva.

8 Si ha il fenomeno della diffrazione quando unonda deborda oltre i margini di un ostacolo che essa ha incontrato sul suo cammino. Quando lapertura ha dimensioni prossime alla lunghezza donda delle onde, la diffrazione produce onde circolari, invece quando lapertura è molto maggiore produce onde piane. Si ha il fenomeno della diffusione quando cè la riflessione della luce da parte di una superficie scabra. Si ha il fenomeno della dispersione quando cè la separazione delle lunghezze donda da parte di un fenomeno di riflessione o di rifrazione anche se perlopiù di rifrazione.

9 ONDOSCOPIO: L'ondoscopio è uno strumento che permette di studiare facilmente i fenomeni ondulatori. Esso è composto da una vaschetta con fondo in plexiglass trasparente, sopraelevata rispetto al bancone del laboratorio mediante zampe di metallo; in essa si versa dell'acqua, poi si pone a pelo della superficie del liquido una bacchetta metallica orizzontale sostenuta da elastici, sopra la quale è montato un motorino dotato di massa eccentrica (lasse di rotazione non passa per il baricentro). Il motore per mezzo di un cavo è collegato ad una console, grazie alla quale è possibile regolare la velocità del motore e della ventola (che funziona da otturatore)dello stroboscopio, ed è alimentato a corrente continua. Lo stroboscopio è costituito da un proiettore, collegato al trasformatore ed alimentato a corrente alternata (6 Volt), e da una ventola. La ventola passando davanti al proiettore fa avere luce ad intermittenza, generando così lampi di luce ad intervalli regolari. Lo stroboscopio ci permette di fermare limmagine, perché attraverso la console si può riuscire a regolare la frequenza del motore e quella dello stroboscopio in modo tale che coincidano e così si vedono i fronti donda fermi.

10 ONDOSCOPIO: Stroboscopio formato da proiettore e ventola Motore elettrico Console Trasformatore Superficie di proiezione

11 Montare il dispositivo come spiegato nella premessa teorica. Collegare la console alla corrente continua e il trasformatore collegato al proiettore alla corrente alternata. Utilizzando le manopole della console regolare le due frequenze in modo tale che coincidano e si possano così vedere i fronti donda fermi. Utilizzare il vario materiale a disposizione per provocare vari effetti ottici, che si possono poi o fotografare sul piano del bancone o disegnare su un foglio, ricalcando il disegno proiettato.

12 PRODUZIONE DI ONDE PIANE: Dopo aver acceso il motore elettrico, posizionato lasta che lo supporta a livello della superficie dellacqua ed essere riusciti a far coincidere le frequenze del motore con quelle dello stroboscopio si possono osservare delle onde piane. Le linee che si formano sono tutte parallele e quelle scure corrispondono alle creste dellonda mentre quelle chiare al ventre. Misurando la distanza tra le due linee scure è possibile arrivare alla lunghezza donda, però bisogna considerare il fatto che il proiettore ha mutato le dimensioni reali, aumentandole.

13 TRASFORMAZIONE DI ONDE PIANE IN ONDE CIRCOLARI: Aggiungere al sistema dellesperienza n°1 lo specchio parabolico, appoggiandolo nella vaschetta di plexiglass. Come si può notare dalla foto le onde piane incontrando lo specchio parabolico divengono circolari, e si concentrano nel fuoco della parabola, è lo stesso fenomeno che avviene nelle antenne paraboliche.

14 PRODUZIONE DI ONDE CIRCOLARI: Dopo aver acceso il motore elettrico, agganciato il percussore a pallina allasta che supporta il motore, aver posizionato lestremità del percussore a livello della superficie dellacqua ed essere riusciti a far coincidere nuovamente le frequenze del motore con quelle dello stroboscopio si possono osservare delle onde circolari. Le circonferenze che si formano sono tutte concentriche e quelle scure corrispondono alle creste dellonda mentre quelle chiare al ventre.

15 TRASFORMAZIONE DI ONDE CIRCOLARI IN ONDE PIANE: Aggiungere al sistema dellesperienza n°3 lo specchio parabolico, appoggiandolo nella vaschetta di plexiglass e facendo in modo che la curvatura dello specchio corrisponda il più possibile alla linea che delinea le circonferenze. Anche se non si nota molto dalla foto le onde circolari incontrando lo specchio parabolico divengono piane è lo stesso fenomeno che avviene nei fari delle automobili.

16 RIFLESSIONE DELLE ONDE MEDIANTE SPECCHIO PIANO: Aggiungere al sistema dellesperienza n°1 una barretta metallica diritta, non parallela alla direzione delle onde, che fa da specchio piano. Si possono così vedere le onde piane riflesse dalla barretta metallica. Riportando tutto, ovvero la linea dello specchio, la normale, il raggio dincidenza e il raggio riflesso su un foglio di carta si può poi verificare con un goniometro come l'angolo d'incidenza risulti congruente all'angolo di riflessione, secondo le leggi della riflessione.

17 PRODUZIONE DI DIFFRAZIONE ATTRAVERSO UNA FENDITURA: Aggiungere al sistema dellesperienza n°1 due asticelle poste sulla stessa retta, parallela ai fronti donda, con un piccolo spazio tra di esse (deve essere inferiore della lunghezza donda) si può così osservare il fenomeno della diffrazione che produce onde circolari.

18 PRODUZIONE DI DIFFRAZIONE ATTRAVERSO UNA FENDITURA: Disporre lattrezzatura con nellesperienza n°6, ma lasciare uno spazio maggiore tra le due asticelle, in modo che esso sia maggiore della lunghezza donda. Si può osservare così come la diffrazione ci sia solo in prossimità dei bordi dellapertura.

19 PRODUZIONE D INTERFERENZA MEDIANTE DOPPIA FENDITURA: Aggiungere al sistema dellesperienza n°1 tre asticelle poste sulla stessa retta, parallela ai fronti donda, con un piccolo spazio tra di esse (deve essere inferiore della lunghezza donda) si può così osservare il fenomeno dellinterferenza. Infatti le due fenditure divengono due sorgenti coerenti che producono onde circolari che si sovrappongono creando interferenze distruttive e costruttive e si possono osservare nitidamente le frange di questultime aventi entrambe la forma di iperboli equilatere.

20 PRODUZIONE D INTERFERENZA TRA DUE ONDE CICOLARI: Dopo aver acceso il motore elettrico, agganciato due percussori a pallina allasta che supporta il motore, aver allineato lestremità dei percussori a livello della superficie dellacqua ed essere riusciti a far coincidere nuovamente le frequenze del motore con quelle dello stroboscopio si può osservare il fenomeno dellinterferenza. Le onde circolari come nellesperienza n°8 si sovrappongono e sono nuovamente visibile le frange dellinterferenza costruttiva e di quella distruttiva, aventi la forma di uniperbole equilatera.

21 Fonti Abbiamo così potuto osservare attraverso londoscopio (nonostante alcune imprecisioni e le difficoltà ad eguagliare la frequenza del motore a quella dello stroboscopio per vedere le onde ferme) i fenomeni della riflessione, diffrazione ed interferenza e verificarne praticamente le leggi studiate teoricamente in classe.

22 Sito internet:


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