1. Le onde in natura 2. Le vibrazioni e le onde sonore 3 1. Le onde in natura 2. Le vibrazioni e le onde sonore 3. Le caratteristiche del suono 4. La riflessione del suono 5. La risonanza

Com’è fatta un’onda? Se fate oscillare con una mano l’estremità libera di una corda tesa, la corda cambierà forma e la deformazione, o perturbazione, si muoverà sulla corda allontanandosi dalla mano. Un’onda è una perturbazione che si sposta nello spazio al passare del tempo. 2

una curva a forma di sinusoide Com’è fatta un’onda? cresta lunghezza d’onda ventre ampiezza una curva a forma di sinusoide Se la mano che fa oscillare la corda esegue un moto armonico, allora le onde sulla corda avranno la forma di una sinusoide, con una successione regolare di picchi (creste) e avvallamenti (ventri). Le grandezze caratteristiche dell’onda sono l’ampiezza e la lunghezza d’onda. 3

• è il numero di oscillazioni complete Com’è fatta un’onda? oscillazione più ampia La frequenza di un’onda: • è il numero di oscillazioni complete che si verificano in 1 secondo in un dato punto; • si misura con l’unità chiamata hertz e indicata dal simbolo Hz. oscillazione più rapida La frequenza di un’onda è sempre inversamente proporzionale alla sua lunghezza d’onda. In altre parole: se la frequenza dell’onda aumenta, allora la lunghezza d’onda diminuisce; e viceversa. 4

Com’è fatta un’onda? Mettete un tappo di sughero in una bacinella e lasciate cadere al centro dell’acqua un sassolino. Sulla superficie dell’acqua si propagherà una serie di onde circolari concentriche. Le onde fanno oscillare verticalmente il tappo, ma non lo trascinano via. Questa esperienza aiuta a capire che le onde trasportano energia senza trasportare la materia. 5

velocità dell’onda = lunghezza d’onda x frequenza Com’è fatta un’onda? Le onde su una corda sono più veloci di quelle sulla superficie dell’acqua. La velocità di un’onda dipende dal tipo di materia (o mezzo) in cui si propaga. Qualunque sia il mezzo, vale però sempre la relazione: velocità dell’onda = lunghezza d’onda x frequenza 6

Le vibrazioni e le onde sonore Il SUONO è il risultato delle vibrazioni generate in un corpo elastico e si trasmette in tutte le direzioni e attraverso un MEZZO, in tal caso l’aria. Un righello (è UN CORPO ELASTICO) che vibra produce un suono. Che cosa succede nell’aria che circonda l’estremità vibrante del righello? 7

Le vibrazioni e le onde sonore Che cosa succede nell’aria che circonda l’estremità vibrante del righello? molecole dell’aria 2. il righello ora si muove verso il basso; Al di sopra del righello rimane aria rarefatta: le particelle di aria si DECOMPRIMONO, cioè occupano uno spazio MAGGIORE. rarefazione 3. il righello ora comprime l’aria sottostante, mentre in alto la compressione e la rarefazione si propagano nell’aria; poi il righello riprende a salire e l’intero ciclo si ripete compressione rarefazione compressione pressione atmosferica 1. l’estremità del righello si muove verso l’alto e comprime l’aria soprastante. Le particelle di aria si accumulano in uno spazio MINORE. La compressione si trasmette alle particelle vicine. 8

Le vibrazioni e le onde sonore La vibrazione del righello produce in modo alternato compressione e rarefazione nell’aria circostante. Queste perturbazioni della pressione dell’aria si propagano nell’aria stessa come onde longitudinali. Così hanno origine le onde sonore che il nostro orecchio percepisce come suoni e rumori. righello 9

Le vibrazioni e le onde sonore Si possono produrre suoni anche facendo vibrare direttamente l’aria. Se per esempio soffiate dall’alto dentro una bottiglia vuota, metterete in vibrazione la colonna d’aria contenuta nella bottiglia, e sentirete perciò un suono. Ogni oggetto che vibra genera nell’aria onde sonore. 10

Le caratteristiche del suono: LA FREQUENZA Quanto più la bottiglia è piena, tanto più acuto sarà il suono: infatti una colonna d’aria più corta vibra con frequenza maggiore. pressione dell’aria tempo 240 Hz (suono più grave) pressione dell’aria tempo 440 Hz (suono più acuto) L’altezza dei suoni dipende dalla frequenza delle onde sonore. 11

Noi non udiamo tutti i suoni! intervallo di sensibilità dell’orecchio umano infrasuoni ultrasuoni 20 Hz 20.000 Hz frequenza I suoni con frequenza minore di 20 Hz si chiamano infrasuoni. I suoni con frequenza maggiore di 20.000 Hz si chiamano ultrasuoni. Entrambi sono al di fuori dell’intervallo di sensibilità dell’orecchio umano. 12

Le caratteristiche del suono: L’INTENSITA’ pressione dell’aria tempo a = indica l’ampiezza dell’onda suono più forte Il volume dei suoni dipende dall’ampiezza delle onde sonore. pressione dell’aria tempo suono più debole 13

L’intensità del suono: la SCALA dei decibel (dB)

Le caratteristiche del suono: il TIMBRO pressione dell’aria tempo una nota suonata alla chitarra pressione dell’aria tempo la stessa nota suonata alla tromba La forma dell’onda sonora determina il timbro del suono. Il TIMBRO di un suono dipende dalla sorgente sonora di emissione. 15

Le caratteristiche del suono tempo pressione dell’aria Se un’onda sonora non si ripete regolarmente nel tempo, udiamo un rumore. 16

Il piano solido del tavolo è un buon conduttore del suono. Il suono nei diversi mezzi materiali: la VELOCITA’ di propagazione dei suoni RICORDA: La VELOCITA’ di un suono non dipende né dalla sua frequenza, né dalla sua intensità, ma dipende dal MEZZO attraverso cui si propaga. Se si appoggia un orecchio sul piano del tavolo, si percepisce molto meglio il ticchettio delle dita. Il piano solido del tavolo è un buon conduttore del suono. Le onde sonore si propagano anche nei solidi e nei liquidi, dove in genere si attenuano meno rapidamente che nell’aria. 17

Il suono nei diversi mezzi materiali: buoni conduttori acustici: • l’acqua (in genere i liquidi) • il legno • i metalli (il ferro), l’aria (i gas in genere) isolanti acustici: • la gomma, la plastica • la stoffa • il sughero, il cartone • il polistirolo, il vetro 18

Il suono nei diversi mezzi materiali Se anche lo shuttle accende i motori, nello spazio vuoto non si sentirà alcun suono. nell’aria la velocità del suono è pari a circa 340 m/s nell’acqua la velocità del suono è piùalta, circa 1400 m/s nel ferro il suono è ancora più veloce, circa 5000 m/s Nel vuoto il suono non si propaga affatto, perché non ci sono particelle da comprimere per produrre onde sonore. 19

I FENOMENI ACUSTICI: La riflessione del suono Un sasso cade nell’acqua. Le onde prodotte si riflettono sul bordo della vasca, dopo di che invadono anche la zona dall’altro lato della paratia. Lo stesso fenomeno di riflessione avviene anche per le onde sonore nell’aria. 20

La riflessione del suono Le onde sonore prodotte dal ticchettio della sveglia si propagano nel primo tubo e poi si riflettono sullo schermo rigido. Grazie alla riflessione del suono, chi sta all’estremità dell’altro tubo udrà molto chiaramente il ticchettio della sveglia. 21

La riflessione del suono Quando un suono è riflesso da una parete che è lontana da noi almeno 20 metri, sentiamo l’eco. Il suono riflesso ritorna al nostro orecchio con un certo ritardo, che dipende dalla distanza della parete riflettente. 22

La riflessione del suono Il fenomeno della riflessione del suono è sfruttato nell’ecoscandaglio o sonar. Conoscendo la velocità del suono nell’acqua, basta misurare il ritardo del segnale di ritorno per poter calcolare la profondità del fondale. 23

La riflessione del suono Il pipistrello emette onde sonore (in verde) e poi analizza la loro eco (in giallo). Così riesce a individuare la posizione della preda. I pipistrelli usano un sonar naturale per cacciare al buio «vedendo con l’udito». 24

La riflessione del suono L’ecografo è uno strumento che «vede dentro il corpo»: emette ultrasuoni e misura il ritardo con cui essi tornano indietro dopo essere stati riflessi dagli organi interni. Un medico esegue una ecografia su una futura mamma. 25

I FENOMENI ACUSTICI: La risonanza Sulla membrana del tamburo è sparso un po’ di zucchero. Se si genera un gran rumore, si vedrà lo zucchero «saltare». Perché? Ogni oggetto può vibrare con diverse frequenze: quando è investito da onde sonore che hanno una di queste frequenze, l’oggetto risuona (o entra in risonanza) e inizia a vibrare. Il rumore generato percuotendo la latta contiene moltissime frequenze, e tra queste ci sono anche le frequenze che fanno risuonare la membrana. 26

il suono emesso nell’aria dalle corde che vibrano è debole La risonanza il suono emesso nell’aria dalle corde che vibrano è debole cassa armonica dal foro della cassa esce un suono forte, dovuto alla vibrazione del legno che risuona con le corde La cassa armonica degli strumenti musicali amplifica i suoni grazie al fenomeno della risonanza. 27

la parte dell’orecchio in cui i suoni sono tradotti in impulsi nervosi La risonanza onde sonore timpano chiocciola ossicini la parte dell’orecchio in cui i suoni sono tradotti in impulsi nervosi I nostri timpani vibrano risuonando con le onde sonore che ricevono attraverso i padiglioni auricolari. Dunque anche il nostro senso dell’udito funziona grazie al fenomeno della risonanza. 28