LE ONDE Fenomeni ondulatori Periodo e frequenza Lunghezza d’onda e velocità Legge di propagazione Energia trasportata Onde meccaniche: il suono Onde elettromagnetiche Velocità della luce Spettro elettromagnetico Energia dell’onda elettromagnetica

Fenomeni ondulatori suono mare corda che vibra molla E Oscillazioni meccaniche mare corda che vibra molla Oscillazioni elettromagnetiche onda elettromagnetica ® E B x l Bo Eo v

Onde trasversali e longitudinali vibrazione propagazione esempio : onda lungo una corda longitudinali vibrazione propagazione esempio : onda di percussione in un solido

Periodo e frequenza n = 1/T frequenza = Hz=1/s Fenomeno periodico: f(t) = f(t+T) ritorna alla stessa configurazione dopo uno stesso intervallo di tempo Periodo T = minimo intervallo di tempo dopo il quale il fenomeno ritorna alla stessa configurazione = durata di una oscillazione (unita’ di misura: secondo). f(t) = A sen(2p t/T) = A sen[(2p/T) t] = A sen(wt) Se 1 oscillazione dura n secondi, in 1 secondo ci sono 1/n oscillazioni n = 1/T Hz=1/s frequenza = n.oscillazioni/sec pulsazione w = 2p/T = 2pn

Ampiezza e energia di un’onda S(t) = A sen(wt + f) [ w = 2 p T = 2p n A = ampiezza T = periodo n = frequenza f = fase t S(t) +A –A o T ENERGIA DI UN’ONDA E  A2

Legge di propagazione delle onde Ogni onda si propaga con una propria velocita’ costante Moto rettilineo uniforme: x = v t  l = v T Lunghezza d’onda l = minima distanza dopo la quale il fenomeno riprende la stessa configurazione = distanza percorsa in un periodo (unita’ di misura: metro). l = v T = v/n  ln = v Lunghezza d’onda e frequenza sono direttamente proporzionali: il loro prodotto e’ la velocita’ t S(t) o T A S(0) x S(x) l

Oscillazioni smorzate e forzate forze dissipative (attriti) energia dissipata graduale diminuzione dell'ampiezza A t S(t) o SMORZATE energia rifornita al sistema graduale aumento dell'ampiezza A S(t) o t FORZATE

Intensita’ di un’onda E I = Dt×S joule watt = s× m2 m2 S r 2r Intensità = energia trasportata nell'unità di tempo attraverso l’unita’ di superficie I = E Dt×S onda sferica: S=4pr2 unità di misura: joule watt s× m2 = m2 r 2r S L’energia é costante (cons.energia) L’intensità diminuisce con il quadrato della distanza

Il suono suono : vibrazione meccanica delle particelle di un mezzo materiale (gas, liquido, solido) sono vibrazioni di/tra molecole: serve la materia! nel vuoto il suono non si propaga punto di equilibrio molecola in moto A x(t) spostamenti delle particelle compressioni e dilatazioni fluidi : addensamenti e rarefazioni onda di pressione

Caratteristiche del suono vibrazione meccanica percepibile dal senso dell'udito (orecchio) onda sonora : orecchio umano sensibilità 20 Hz < n < 2•104 Hz infrasuoni ultrasuoni v = l n varia = 344 m/s vacqua = 1450 m/s 17.2 m < l < 1.72 cm 72.5 m < l < 7.25 cm { altezza  frequenza timbro  composizione armonica intensità  E/(S•t) Caratteristiche di un suono:

Onde elettromagnetiche B ® E t x Bo Eo v l T Onda elettromagnetica: “vibrazione” del campo elettrico e del campo magnetico in direzione perpendicolare a entrambi Una carica elettrica in moto emette o assorbe onde elettromagnetiche quando soggetta ad accelerazione Non serve materia: i campi si propagano anche nel vuoto!

 = v Velocita’ della luce c = 3•108 m/s (= 300000 km/s) Le onde elettromagnetiche si propagano anche nel vuoto secondo la consueta legge:  = v La loro velocità nel vuoto è sempre c = 3•108 m/s (= 300000 km/s) E’ la velocità della luce ma anche di tutte le altre onde elettromagnetiche. E’ la massima velocità raggiungibile in natura. Nei mezzi materiali la velocità è c/n (<c).

Spettro elettromagnetico ONDE RADIO MICRO INFRA- -ROSSO ULTRA- -VIOLETTO RAGGI X GAMMA 102 1 10–2 10–4 10–6 10–8 10–10 10–12 10–14 (m) l n (Hz) 106 108 3 108 Hz 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 (cm) (mm) (Å) (fermi) (nm) VISIBILE MeV keV GeV (eV) E 103 106 109 700 600 500 400 l (nm) colori ln = c E = hn

Energia dell’onda elettromagnetica Le onde elettromagnetiche trasportano energia sotto forma di “particelle di luce” dette fotoni, emessi o assorbiti in transizioni atomiche o molecolari. L’energia è proporzionale alla frequenza: E = h con h = 6.6•10-34 J•s (costante di Planck). Nella luce visibile l’emissione o l’assorbimento dei fotoni determina il colore dei corpi: bianco = emissione di tutte le frequenze visibili nero = assorbimento di tutte le frequenze visibili Luce gialla:  = 600 nm   = c/ = (3•108 m/s)/(6•10-7 m) = 0.5•1015 Hz = 5•1014 Hz  E = h = (6.6•10-34 J•s)(5•1014 Hz) = 3.3 •10-19 J = 2 eV Es.