Filippo M. Campana 4 A Liceo Scientifico 03/01/2016 fisicalab PREMESSA I suoni, di qualsiasi origine essi siano, musica, terremoto, incendio o boom sonico, si propagano come onde. Il fenomeno di propagazione ha una velocità diversa per ogni materiale attraversato, come l'acqua o l'aria. Ovviamente sappiamo che non esiste una molecola d'aria, perché l'aria è un miscuglio di diversi gas: circa 78% Azoto, 21% Ossigeno, e il restante 1% di altri gas. Quindi quando parlo di aria intendo il miscuglio sopracitato. La frequenza viene data dal numero degli eventi che vengono ripetuti in una data unità di tempo.

Filippo M. Campana 4 A Liceo Scientifico 03/01/2016 fisicalab Un diapason è un oggetto che risuona o vibra, con frequenza e altezza specifiche.  Esso è uno strumento acustico che genera una nota standard sulla quale si accordano gli strumenti musicali. Se ne conoscono di vari tipi. Il più antico, e anche il più noto, consiste in una forcella di acciaio che quando viene percossa produce un suono molto puro, con la maggior parte dell’energia vibrazionale alla frequenza fondamentale. Questo suono può essere anche amplificato se la base della forcella viene collocata su una superficie che funga da cassa armonica: ad esempio può essere messo a contatto con la cassa di risonanza in legno di un altro strumento, quale un violino o una chitarra. La frequenza alla quale il diapason oscilla dipende dalle proprietà elastiche del materiale di cui è costituito, dalla lunghezza e dalla distanza fra i rami della forcella: è possibile reperire in commercio diapason tarati per emettere note diverse. Il più comune è il diapason in La, che oscilla a una frequenza di 440 Hertz, corrispondente al La della quarta ottava del pianoforte, ed è utilizzato per accordare gli strumenti.

Filippo M. Campana 4 A Liceo Scientifico 03/01/2016 fisicalab OBIETTIVI Il mio obiettivo è calcolare la velocità del suono in aria e confrontare il valore ottenuto con quello pubblicato in letteratura ed universalmente accettato, cioè 343,8 m/sec alla temperatura di 20°C. MATERIALI E METODI Il metodo prevede l’osservazione del fenomeno della risonanza dell’onda sonora in un tubo cilindrico aperto ad una estremità, lavorando a temperatura ordinaria di circa 20°C. Materiali: diapason con frequenza 440 Hz pesi di accordatura martello di gomma riga app Audio Spectrum Iphone6 cilindro graduato d=0.06 m acqua Metodi: La velocità con cui il suono si propaga in un mezzo, può essere determinata se frequenza e lunghezza d’onda sono note. La relazione che lega le 2 grandezze è: v = f λ  dove v = velocità di propagazione del suono f = frequenza λ = lunghezza d’onda In questo esperimento la velocità del suono in aria si trova utilizzando il diapason di frequenza nota . La lunghezza d'onda del suono sarà determinata misurando l’altezza della colonna d'aria corrispondente al fenomeno di risonanza.

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Riempio il contenitore di vetro a metà con acqua. Filippo M. Campana 4 A Liceo Scientifico 03/01/2016 fisicalab Riempio il contenitore di vetro a metà con acqua. Percuoto il diapason con il martello di gomma . Tengo il diapason sopra l'apertura del cilindro di vetro come appare in figura e in foto. Mantenendo il diapason sopra l'apertura del cilindro, verso lentamente altra acqua nel contenitore di vetro. Annoto la frequenza (rilevata tramite l’app Spectrum) e l’altezza della colonna d’aria associati al momento in cui si verifica un aumento dell’intensità sonora. Modifico la frequenza di vibrazione del diapason tramite i pesi di accordatura: impostando la frequenza delle note musicali standard rieseguo l’esperimento cercando l’altezza della colonna d’aria in cui si verifica la risonanza ed annoto i valori ottenuti.. Calcolo la velocità del suono per ogni altezza misurata e la frequenza associata, utilizzando la seguente equazione : v = 4f ( h+ 0.4D ) v = velocità del suono m/sec f = frequenza del diapason in Hz h = altezza, cioè la distanza tra la superficie dell'acqua e il bordo del cilindro in metri D= diametro del contenitore dell'acqua in metri

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Lunghezza d’onda (m)=4h1 Altezza frequenza fondamentale (m)=h1 Filippo M. Campana 4 A Liceo Scientifico 03/01/2016 fisicalab Nota musicale Frequenza (Hz) Lunghezza d’onda (m)=4h1 Altezza frequenza fondamentale (m)=h1 do 256 1.32 0.33 do# 278 1.24 0.31 1.20 0.30 re 294 1.16 0.29 1.12 0.28 mib 311 1.08 0.27 mi 330 1.04 0.26 fa 349 0.96 0.24 fa# 370 0.92 0.23 sol 392 0.88 0.22 lab 415 0.80 0.20 0.84 0.21 la 440 0.76 0.19 si 494 0.72 0.18

Filippo M. Campana 4 A Liceo Scientifico 03/01/2016 fisicalab Il cambiamento del suono del cilindro graduato si verifica quando la colonna d’aria in esso presente entra in risonanza con il diapason. In poche parole, un periodo dell'onda raggiunge la cresta d’acqua e ritorna all’estremità aperta del contenitore nello stesso intervallo di tempo necessario al diapason per vibrare una volta. La frequenza fondamentale è la frequenza di un periodo di una lunghezza d'onda . 11

Filippo M. Campana 4 A Liceo Scientifico 03/01/2016 fisicalab Procedo al calcolo della velocità del suono utilizzando la già nota formula: v = f λ ed utilizzando i dati precedentemente raccolti in tabella, ottengo:   Nota musicale Frequenza (Hz) Lunghezza d’onda (m) h f fond (m) velocità m/sec do 256 1.32 0.33 337.92 do# 278 1.24 0.31 344.72 1.20 0.30 333.60 re 294 1.16 0.29 341.04 1.12 0.28 329.28 mib 311 348.32 1.08 0.27 335.88 mi 330 1.04 0.26 343.20 fa 349 0.96 0.24 335.04 fa# 370 0.92 0.23 340.40 sol 392 0.88 0.22 344.96 lab 415 0.80 0.20 332.00 0.84 0.21 348.60 la 440 0.76 0.19 334.40 352.00 si 494 0.72 0.18 355.68

Filippo M. Campana 4 A Liceo Scientifico 03/01/2016 fisicalab Calcolo, utilizzando i dati da me ottenuti, la velocità media del suono nell’aria: velocità media m/sec 341.6

Filippo M. Campana 4 A Liceo Scientifico 03/01/2016 fisicalab La media dei risultati ottenuti nell’esperienza da me condotta della velocità del suono in aria alla temperatura di 20°C è pari a 341.6 m/s. Essa risulta accettabile e compatibile con il dato della letteratura scientifica, ossia 343,8 m/s a 20°C, discostandosi solo dello 0,64% con una deviazione standard pari a 7.38.

Filippo M. Campana 4 A Liceo Scientifico 03/01/2016 fisicalab Campy