Onde

Titolo: Tra le onde. La luce. Esperimenti e teoria Autori: Laura Rossi, Margherita Spanedda Tematica: Partendo dall’osservazione di alcuni fenomeni ottici, cercare risposte sulla natura della luce e su alcune sue proprietà.

Com’è fatta la luce? Sono particelle! No! E’ un’onda!

Particella Onda Oggetto materiale che si sposta da un punto all’altro portando con sé informazioni ed energia Le informazioni e l’energia vengono trasportate senza che alcun oggetto materiale venga trasferito realmente Piccola concentrazione di materia capace di trasmettere energia Grande distribuzione di energia che riempie lo spazio in cui si muove

La luce è una radiazione elettromagnetica ? ? ? ? ? Cioè? Cioè? ? ?

Non è facile rispondere a questa domanda ! Mumble. Mumble… Proviamo così!

Hai lanciato un sasso nell’acqua di un lago Intorno ad esso si allontanano onde circolari che si propagano fino alla riva

Oggi ti senti uno scienziato e hai voglia di osservare, definire, misurare quindi …

Osservi attentamente le onde circolari che si propagano Intorno al sasso.

Potresti chiamare la distanza tra una cresta d’onda e l’altra lunghezza d’onda.

Osserva: le creste d’onda, ogni secondo si infrangono sulla riva. C’è un certo “ritmo”, una certa frequenza. Ecco! Una frequenza d’onda

Ecco il modello dell’onda prodotta dal sasso

Conosci altri tipi di onde? http://www.youtube.com/watch?v=9_TYeaOI030&feature=player_detailpage 13

Le onde del mare 14

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Le onde sismiche 16

Onde sonore

Onde del mare, onde sonore, onde sismiche Sono tutte onde meccaniche Seguono le eleggi della meccanica classica (Newton) e, per esistere, hanno bisogno di un mezzo materiale in cui propagarsi:aria,acqua terra

ola

Immagina ora un elettrone immobile.

Si dice che si è generato un campo elettrico Come sai , l’elettrone ha una carica negativa e questa carica fa sentire la sua influenza tutto intorno alla particella. Si dice che si è generato un campo elettrico

Una variazione di campo elettrico genera un campo magnetico Supponiamo ora di far oscillare avanti e indietro l'elettrone. l campo elettrico nei punti circostanti viene perturbato a causa del cambiamento di distanza dall’elettrone durante la sua oscillazione. Una variazione di campo elettrico genera un campo magnetico

Queste oscillazioni del campo elettrico — e quindi anche del campo magnetico — si propagano dall'elettrone generando le onde elettromagnetiche.

Un secondo elettrone, che si trovi fermo ad una certa distanza dal primo, comincerà ad oscillare non appena investito dall'onda elettromagnetica prodotta dall‘altro elettrone.

Anche il campo elettrico del secondo elettrone, allora, verrà perturbato dalle sue oscillazioni e genererà a sua volta un campo magnetico, consentendo così la propagazione dell'onda stessa.

le onde elettromagnetiche sono onde trasversali. Osserva, il campo elettrico ed il campo magnetico oscillano in direzioni tra loro perpendicolari e a loro volta perpendicolari alla direzione di propagazione.

Onde longitudinali Direzione di propagazione parallela a quella di propagazione Onde trasversali Direzione di propagazione parallela a quella di propagazione

Le onde elettromagnetiche non hanno bisogno di supporti per propagarsi Viaggiano tutte alla stessa velocità C = 299 792 458 m/s

Ad esempio…. Il suono di una sirena è un’onda che viaggia alla velocità di 300 metri al secondo. 3x 102 m/s Mentre da un faro che risplende nel buio di un porto vengono irradiate onde, questa volta di tipo luminoso, che viaggiano a circa 300.000 km al secondo 3x 108 m/s

Onda?

Non trovi un’analogia tra i cerchi nell’acqua e le oscillazioni del nostro elettrone?

Le caratteristiche Ampiezza: l'intensità della vibrazione. Tutte le onde hanno le seguenti caratteristiche: Ampiezza: l'intensità della vibrazione. Frequenza: il numero di onde che passano per un punto in un secondo. (unità di misura Hertz) Lunghezza d'onda: la distanza percorsa dall'onda tra due picchi. (unità di misura metro)

Le lunghezze d'onda delle radiazioni elettromagnetiche variano dalle centinaia di kilometri a dimensioni dell'ordine del nucleo atomico (10-13 m, pari a un decimilionesimo di milionesimo di metro). Le corrispondenti frequenze variano quindi da qualche kHz a un numero di Hz dell'ordine di 1022. L'energia della radiazione varia proporzionalmente alla frequenza.

Quali sono le radiazioni elettromagnetiche?

onde radio A basse energie abbiamo le onde radio che possono variare da lunghezze d'onda delle dimensioni di una città fino alle dimensioni di una persona, ad esempio una radio che trasmette a 100 MHz presenta una lunghezza d'onda di 33 cm, esse vengono usate per la comunicazione, possono essere emesse per mezzo di un campo elettrico oscillante su un'antenna.

Le microonde       Le microonde invece hanno le dimensioni di una capocchia di spillo, vengono emesse con circuiti elettrici chiamati Claystron e Magnetron, il loro utilizzo è legato all'aviazione civile e militare con i Radar e ai forni a microonde per cucinare cibi.

Gli infrarossi Oltre le microonde ci sono i raggi infrarossi, da noi percepiti sotto forma di calore, sono detti anche raggi termici. L'emissione infrarossa deriva dallo spettro di corpo nero, in pratica un corpo qualsiasi emette radiazione elettromagnetica con un picco ad una lunghezza d'onda inversamente proporzionale alla temperatura del corpo emittente, per cui un corpo relativamente freddo come quello di un essere umano (36°C) emette la maggior parte della sua radiazione nell'infrarosso.

Per capirci meglio osserviamo l'immagine del gattino riportata a fianco, il naso freddo è indicato di colore azzurro, mentre le parti arancioni come gli occhi e i lobi più interni delle orecchie sono quelle più calde. In astronomia gli astri più luminosi in infrarosso sono spesso quasi invisibili in ottico perchè troppo freddi per emettere luce visibile. Queste radiazioni si presentano con lunghezze d'onda delle dimensioni cellulari.  

La Luce Questo tipo di radiazione elettromagnetica ha un'energia i grado di rompere i legami molecolari di alcune sostanze presenti nelle cellule della retina favorendo lo sviluppo di un impulso elettrico che mediante il nervo ottico viene trasferito al cervello ed interpretato come immagine; quindi questa è l'unica banda in grado di essere percepita con gli unici strumenti forniti dalla natura, quindi un'immagine astronomica in un'altra banda è un processo dovuto ad uno strumento e un terminale che consente di modificare una sequenza di luminosità in una certa banda in una sequenza di colori di luce in modo da poterla vedere. Questo è possibile perché la luce non è percepita in modo uniforme dal nostro occhio ma sotto forma di una sequenza di colori infatti le radiazioni luminose a più bassa energia con lunghezza d'onda di 700 nm producono solo alcune reazioni nella retina e vengono percepite col colore rosso, quelle più energetiche con lunghezza d'onda di 400 nm invece producono molte più reazioni e vengono percepite col colore violetto.

L'ultravioletto La radiazione ultravioletta invece ha un'energia più elevata di quella visibile, questi raggi sono quasi totalmente schermati dallo scudo di ozono che dovrebbe avvolgere il nostro pianeta e che attualmente sembra presentare degli assottigliamenti. La notevole energia associata a questa radiazione è causa dell'abbronzatura durante l'esposizione ai raggi solari e in alcuni casi una massiccia esposizione può essere causa di tumori. Le lunghezze dell'onda sono paragonabili alle dimensioni molecolari, esse hanno anche energie prossime a quelle necessarie per spezzare i legami molecolare e spesso vengono assorbite da molecole.  

I raggi X I raggi X furono scoperti da Röntgen. Immediatamente ci si accorse che, grazie all'enorme energia posseduta, avevano straordinarie capacità di penetrazione della materia. Questa proprietà li rende assai pericolosi, in quanto favoriscono lo sviluppo del cancro.

Tuttavia essi sono anche di estrema utilità in medicina per ottenere radiografie ed in molti campi della fisica, per esempio per lo studio delle strutture cristalline. In quest'ultimo caso si sfrutta la proprietà di alcuni raggi X di avere una lunghezza d'onda paragonabile alla distanza interatomica e alle dimensioni atomiche per cui i raggi X vengono diffusi in maniera differente a seconda dell'orientazione del cristallo.

I raggi gamma I raggi gamma sono le radiazione elettromagnetiche più energetiche che si conoscano, la loro scoperta risale allo studio delle emissioni radioattive dei nuclei atomici, la loro capacità di penetrazione è straordinaria e i meccanismi di produzione sono sempre legati a processi nucleari o di fisica delle particelle elementari. La lunghezza d'onda di queste radiazioni è dell'ordine delle dimensioni nucleari, le energie in gioco possono arrivare a toccare un miliardo di elettronvolt oltre 200 milioni di volte l'energia del visibile e ciò rende conto della loro straordinaria capacità di penetrazione.  

Come viene generata la luce solare? Il Sole non ha una superficie nettamente definita come la Terra, poiché, data la sua altissima temperatura, non è altro che gas. Quella che ci appare come una superficie è uno strato dell'atmosfera solare, la "fotosfera" (sfera di luce), la quale emette luce ("irradia") a causa della sua alta temperatura.