LE OSCILLAZIONI

LE OSCILLAZIONI

1940 - Tacoma Narrows Bridge Nel 1940, solo quattro mesi dopo essere stato inaugurato, il ponte di Tacoma Narrowos, negli Stati Uniti, finì in pezzi perché entrò in risonanza a causa di particolari raffiche di vento che si ripetevano con una frequenza uguale alla frequenza propria di oscillazione della costruzione. Comprendere la fisica che è alla base dei fenomeni oscillatori può evitare spiacevoli inconvenienti! La vita quotidiana ci mostra continuamente casi di sistemi oscillanti che danno luogo a vibrazioni…… LE OSCILLAZIONI

  PONTE STRALLATO LE OSCILLAZIONI

  SNOWBOARD LE OSCILLAZIONI

  BASEBALL BAT LE OSCILLAZIONI

  AEREO F18 LE OSCILLAZIONI

CORDA VIBRANTE Il sistema è costituito da un perno vibrante e da una corda fissata ad un estremo e collegata all'altro estremo del perno. Mettendo in vibrazione il perno si possono osservare i nodi e i ventri della corda.    LE OSCILLAZIONI

…ALTRI ESEMPI LE OSCILLAZIONI

ALCUNI ESEMPI DI SISTEMI OSCILLANTI   Questo esperimento consiste nel far vibrare asticciole di legno, di varia lunghezza, alla stessa frequenza. Quando la frequenza di vibrazione coincide con la frequenza di risonanza di una di esse, questa oscilla con un’ampiezza maggiore. In generale, le ampiezze delle oscillazioni di un oggetto crescono notevolmente se viene fatto vibrare a una delle sue frequenze naturali, fenomeno noto come risonanza. Materiali e montaggio · Tre asticciole di legno del diametro di circa 5 mm, lunghe rispettivamente 45 cm, 60 cm e 75 cm. · Un’asticciola di legno del diametro di circa 1 cm, lunga 60 cm. · Quattro bocce di legno oppure palle da tennis. · Una tavoletta di legno delle dimensioni: 5 x 10 x 60 cm. Lo studente viene invitato a far oscillare la tavoletta in senso longitudinale, tenendola per le estremità. Variando il ritmo del movimento, cioè la frequenza, egli osserverà che gradualmente l’ampiezza dell’oscillazione di alcune asticciole aumenta, mentre quella di altre diminuisce. Allorché il movimento impresso farà vibrare più violentemente una delle asticciola  un’altra si muoverà appena. Inoltre lo studente potrà mettere in relazione la frequenza impressa col la lunghezza ed il diametro delle asticciole, infatti la sua frequenza naturale diminuisce all’aumentare della lunghezza mentre aumenta con la rigidezza. LE OSCILLAZIONI

ANELLI  RISONANTI Questo strumento illustra molto bene come oggetti di differenti dimensioni e rigidezza tendono a vibrare a frequenze diverse. Materiali e montaggio · Un foglio di cartone o di compensato o di PVC lungo 30 cm e largo almeno 10 cm. · Un foglio di cartoncino (circa 35 x 50 cm ). · Eventualmente: pallini di piombo e un tubicino di PVC. L’allievo è invitato a muovere il supporto con piccole scosse, prima lentamente  poi aumentandone il ritmo. Si noterà che a certe frequenze uno degli anelli si metterà a vibrare molto più energicamente degli altri: l’anello risuona a quella frequenza. Si potrà così notare che i diversi anelli risuonano a diverse frequenze: il più grande comincia per primo, seguito dall’altro immediatamente più corto, il più piccolo vibra solo alle frequenze più alte. Continuando ad aumentare il ritmo si potrà notare come ad un certo punto l’anello più grande riprenderà a vibrare intensamente: ogni anello ha più frequenze di risonanza che si distinguono per la diversa forma che l’anello assume durante la vibrazione. LE OSCILLAZIONI

COME SONO PERCEPITE LE VIBRAZIONI? In funzione degli effetti fisiopatologici sull'uomo le vibrazioni possono esere suddivise in base a 3 principali bande di frequenza: a) oscillazioni a bassa frequenza, generate dai mezzi di trasporto (terrestri, aerei, marittimi), sono comprese fra 0 e 2 Hz; danno luogo a quella discordanza tra le sensazioni visive e vestibolari che sta alla base delle cinetosi da mezzi di trasporto e vengono comunemente definite come, "mal d'auto", "mal di mare", "mal d'aereo", - inoltre essendo l'uomo più sensibile alla variabilità di uno stimolo, piuttosto che al suo persistere, la sensazione di malessere è tanto più pronunciata quanto maggiore è il succedersi di accelerazioni e decelerazioni. b) oscillazioni a media frequenza, generate da macchine ed impianti industriali, sono comprese fra i 2 e i 20 Hz. Tra 1 e 5 Hz sono presenti pallore, sudorazione , malessere generale accompagnato da nausea e vomito. Tra i 6 e i 20 Hz sono presenti turbe gastrointestinali comuni nei i trattoristi. c) oscillazioni ad alta frequenza, oltre i 20 - 40 Hz, sono generate da un'ampia gamma di strumenti vibranti di sempre maggiore diffusione in ambito industriale, coinvolgenti moltissime attività lavorative, dalle più semplici alle più sofisticate. Tra i 20 e 40 Hz anche la funzione visiva subisce un deterioramento: si ha infatti una riduzione dell'acuità visiva, un restringimento del campo visivo ed una riduzione della sensibilità dell'occhio alla luce. LE OSCILLAZIONI

Sintomatologia a carico di vari organi ed apparati in funzione delle diverse frequenze di risonanza LE OSCILLAZIONI Frequenze di risonanza Organi/Apparati interessati Sintomatologia associata 1 : 4 Hz app. respiratorio dispnea 1 : 10 Hz app. visivo riduzione dell’acuità visiva 4 : 6 Hz encefalo sonnolenza, perdita dell’attenzione 4 : 8 Hz orecchio interno disturbi dell’equilibrio 20 : 30 colonna vertebrale dolore cervicale e lombare 20 : 40 Hz riduzione della capacità di fissare le immagini

OSCILLAZIONI LIBERE NON SMORZATE LE OSCILLAZIONI OSCILLAZIONI LIBERE SMORZATE

OSCILLAZIONI FORZATE NON SMORZATE SMORZATE LE OSCILLAZIONI condizioni iniziali di quiete SMORZATE

OSCILLAZIONI FORZATE: FORZANTE A GRADINO LE OSCILLAZIONI Soluzione non smorzata Soluzione smorzata I diagrammi si riferiscono a condizioni iniziali di quiete

OSCILLAZIONI FORZATE: FORZANTE IMPULSIVA LE OSCILLAZIONI I diagrammi si riferiscono a condizioni iniziali di quiete