Il mondo: un villaggio di onde

Le onde Sono perturbazioni che si propagano nello spazio trasportando energia, senza il trasporto di materia.

Le onde Avendo una foglia sull’acqua, se lanciassimo un sassolino, si creerebbero oscillazioni ma la foglia resterebbe sempre nello stesso punto. Ciò significa che le onde trasportano energia e non materia.

Le onde possono essere: Meccaniche Elettromagnetiche

Si propagano attraverso un mezzo materiale, producendo oscillazioni Le onde meccaniche Si propagano attraverso un mezzo materiale, producendo oscillazioni

Le onde elettromagnetiche Sono perturbazioni del campo elettrico e magnetico variabili, si propagano nel vuoto alla velocità della luce.

Le onde meccaniche si distinguono in: Longitudinali Trasversali

Le onde longitudinali Le particelle del mezzo oscillano nella stessa direzione di propagazione dell’onda

Onde trasversali Se le particelle del mezzo oscillano perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell’onda.

Oscillazioni che si ripetono periodicamente nel tempo Onde periodiche Oscillazioni che si ripetono periodicamente nel tempo

Rappresentazione grafica y= a cos ( ω t + φ) y è la grandezza che oscilla; a è l’ampiezza ( massimo spostamento di un punto dalla posizione di equilibrio ); ω è la velocità angolare; φ è la fase iniziale ( punto in cui nasce l’onda e il suo spostamento dall’origine ); λ è la lunghezza d’onda ( distanza tra due creste o due gole, tra due massimi e due minimi ).

La frequenza 100 MHz Numero di oscillazioni che compie l’onda in un secondo, si misura in Herz. 100 MHz= le cariche all’interno dell’antenna vibrano 100 milioni di volte al secondo

La frequenza c = l x n C = velocità della luce ( circa 300.000 Km\s ) l= lunghezza d’ onda n= frequenza A 100 MHz, l è pari a 0,3 metri

Che cosa sono le onde elettromagnetiche?

Le onde elettromagnetiche sono un susseguirsi di campi elettrici e campi magnetici variabili

Che cos’è il campo elettrico?

Un campo elettrico è quella regione di spazio che viene deformata da una o più cariche ferme

Per avere un’idea più chiara di campo, ecco un semplice esempio Per avere un’idea più chiara di campo, ecco un semplice esempio. La sfera grande, che deforma il telo elastico, rappresenta la carica che genera il campo elettrico; quella più piccola è una carica di segno opposto e segue la curvatura del telo muovendosi verso la sfera come se fosse attirata da essa ma in realtà risente soltanto della curvatura del telo

Che cos’è il campo magnetico?

Il campo magnetico è quella regione di spazio che viene deformata da una o più cariche in movimento di moto uniforme

onde elettromagnetiche Se tali cariche vengono accelerate esse perderanno energia sottoforma di onde elettromagnetiche

L’insieme delle onde elettromagnetiche costituisce lo spettro elettromagnetico

Spettro elettromagnetico L’insieme delle onde elettromagnetiche costituisce lo spettro elettromagnetico. Come si evince dalla figura esso risulta essere costituito da quattro colonne. Nella prima colonna ci sono le sorgenti di radiazione che vanno da un ordine di grandezza maggiore a un ordine di grandezza minore,come ad esempio: acceleratori di particelle, lampade e laser,antenne paraboliche, antenne radio. Nella seconda colonna ci sono le finestre atmosferiche che indicano quali radiazioni riescono ad attraversare l’ atmosfera che circonda la terra.

Spettro elettromagnetico Nella terza colonna ci sono le radiazioni con rispettive lunghezze d’onda e frequenze,esse vanno da un massimo di 3x10² hertz ad un minimo di 10 hertz. Le prime,ossia i raggi gamma, avendo una piccolissima lunghezza d’onda vengono dette onde corte, le ultime ossia le onde radio avendo una grande lunghezza d’onda di 10km vengono dette onde lunghe. Nella quarta colonna ci sono gli oggetti rilevabili come ad esempio:quark,cellula,palla,casa che vanno dal più piccolo al più grande.

Spettro elettromagnetico La parola spettro ci richiama alla mente la striscia di colori che Newton ottenne facendo passare la luce solare attraverso un prisma ottenendo così un fascio di luce costituito dal rosso,arancione giallo,verde, indaco e violetto che non sono altro che i colori che vediamo quando sorge l’arcobaleno,questo fenomeno fu definito dispersione.

Spettro elettromagnetico La luce visibile occupa solo una piccola parte dello spettro elettromagnetico con lunghezza d’onda compresa tra 400 e 700 nanometri e frequenza compresa tra 4.1x10¹ a 7.5x10¹. Inoltre vi sono altre onde elettromagnetiche che costituiscono lo spettro come le microonde che occupano la parte bassa dello spettro con lunghezza d’onda compresa tra 1mm e 10cm e frequenza compresa tra 10¹¹ e 10¹º Hertz.

Spettro elettromagnetico Nella parte più bassa dello spettro troviamo le onde radio con lunghezza d’onda compresa tra 10cm e 10km e frequenza compresa tra 109 e 10 hertz. Come possiamo notare dalla figura le onde elettromagnetiche sono generate da sorgenti che hanno dimensioni paragonabili alla lunghezza d’onda che emette o riceve.

Spettro elettromagnetico I raggi gamma sono generati dagli acceleratori di particelle e riescono a rilevare oggetti dello stesso ordine di grandezza come i quark contenuti all’ interno dei protoni; le onde radio sono generate da antenne paraboliche e antenne radio dalle dimensioni macroscopiche, riescono a rilevare oggetti molto grandi come una casa.

Spettro elettromagnetico Quando invece la lunghezza d’onda è maggiore rispetto alla dimensione dell’oggetto,l’onda subisce la diffrazione e non si ha un’immagine chiara dell’oggetto.

Spettro elettromagnetico Una volta chiarito questo concetto non è difficile comprendere come mai lo spettro sia costituito da zone scure e zone chiare. Le zone chiare sono quelle nelle quali le onde elettromagnetiche attraversano l’atmosfera,mentre le zone scure sono quelle nelle quali le onde elettromagnetiche non attraversano l’atmosfera. Come possiamo notare quindi la luce visibile e le onde radio attraversano l’atmosfera.

Spettro elettromagnetico La luce è una forma di radiazione elettromagnetica che consiste in rapidissime oscillazioni del campo elettromagnetico. Essa si propaga in linea retta in tutte le direzioni provocando un trasferimento di energia e non di materia, da ciò deriva la sua natura ondulatoria.

Spettro elettromagnetico Secondo Einstein è necessario supporre che la luce stessa sia composta da singoli pacchetti di energia, i quanti del campo elettromagnetico, che più tardi furono chiamati fotoni. Albert Einstein

Spettro elettromagnetico Per tutto il 1700 il modello che ebbe maggior credito fu quello corpuscolare, ma all’inizio del 1800 prese il sopravvento il modello ondulatorio. Oggi i due modelli coesistono in quanto insieme a fenomeni ondulatori, ce ne sono altri spiegabili solo pensando che la luce sia formata da corpuscoli. Essendo la luce un’onda elettromagnetica essa viaggia ad una velocità di 300.000 Km/s, che è il massimo valore della velocità raggiunta.

La dispersione Un raggio di luce di un solo colore, che incide sulla faccia di un prisma di vetro a sezione triangolare, subisce due rifrazioni. Una quando passa dall’aria al vetro e l’altra quando passa dal vetro all’aria, dopo aver attraversato il prisma.

La dispersione Se sul prisma incide un sottile fascio di luce bianca, dall’altra parte emerge un fascio più spesso e colorato. Nell’ordine si distinguono il rosso, l’arancione, il giallo, il verde, l’indaco e il violetto. Questo fenomeno è noto come dispersione della luce.

La diffrazione Quando un fascio di luce colpisce un ostacolo che ha dimensioni confrontabili o minori della sua lunghezza d’onda,il fascio di luce aggira l’ostacolo e colpisce la cosiddetta zona d’ombra. Se il fascio di luce è di un solo colore e si pone uno scherma al di là della fenditura, su di esso compaiono delle frange chiare e scure alternate.

Le onde a radio frequenza

Onde a radio frequenza Guglielmo Marconi (1874/1937), realizza un sistema pratico ed intelligente di comunicazione a distanza senza l’impiego di fili o cavi elettrici.

Onde a radio frequenza Marconi inventa, il sistema antenna-terra e finalmente la trasmissione supera l’ostacolo di una collina; questo esperimento storico celebra la “nascita”della radio.

Marconi riceve il premio Nobel per la fisica nel 1909. Onde a radio frequenza Marconi riceve il premio Nobel per la fisica nel 1909.

Onde a radio frequenza Il giorno dopo la sua morte, le stazioni radio di tutto il mondo interrompono le trasmissioni per due minuti in memoria dell’uomo le cui invenzioni conquistano il mondo.

Onde a radio frequenza Le onde radio sono utilizzate per le trasmissioni radiofoniche e televisive.

Onde a radio frequenza Esse occupano la fascia bassa dello spettro con lunghezze d’onda comprese tra (10 km e 10 cm).

Onde a radio frequenza Le onde radio possono essere trasmesse a distanza di diverse migliaia di km grazie alla riflessione che esse subiscono da parte degli strati ionizzanti dell’atmosfera.

Onde a radio frequenza I segnali televisivi viaggiano su onde che hanno frequenze più alte, possono quindi essere captate soltanto dalle antenne che “vedono” il trasmettitore.

Onde a radio frequenza Il telefonino, la radio e la televisione fanno uso di onde a radio frequenza. Esse sono uno strumento rapido e versatile per trasportare informazioni a distanza.

Onde a radio frequenza Per imprimere su un’onda elettromagnetica sinusoidale le informazioni contenenti i parole, immagini e suoni occorre modulare l’onda, cioè modificare la sua ampiezza o la sua frequenza.

Onde a radio frequenza Un esempio nel quale occorre la modulazione di ampiezza è: una stazione radio. La quale con la frequenza di un MHz emette continuamente un’onda elettromagnetica della stessa frequenza, anche quando la radio ricevente non emette alcun segnale sonoro.

Onde a radio frequenza Un esempio nel quale occorre la modulazione di frequenza è: il telefono; in quanto se si dovesse assegnare a ogni telefono mobile una frequenza, in Italia esisterebbero solo 1200 telefonini,uno per ciascuna banda, larga 25Hz compresa tra 890 e 920 MHz, cioè l’intervallo destinato alla telefonia mobile