ONDE. PARTICELLA OSCILLANTE interagisce col mezzo circostante (aria, acqua ecc.) genera un’onda che si propaga nel mezzo L’onda diviene un fenomeno indipendente.

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1 ONDE

2 PARTICELLA OSCILLANTE interagisce col mezzo circostante (aria, acqua ecc.) genera un’onda che si propaga nel mezzo L’onda diviene un fenomeno indipendente dalla sorgente e continua la sua esistenza nello spazio e nel tempo anche dopo che la particella ha cessato di oscillare.

3 Proprietà caratteristica delle onde Trasferiscono energia meccanica da un punto all’altro dello spazio Non trasportano materia (a differenza di quanto avviene con un proiettile, che trasporta la propria energia cinetica insieme alla propria massa)

4 Classificazione delle onde Onde longitudinali e trasversali trasversali : le particelle del mezzo oscillano perpendicolarmente alla direzione di propagazione

5 Classificazione delle onde Onde longitudinali e trasversali longitudinali: le particelle del mezzo oscillano nella stessa direzione della propagazione

6 Classificazione in base alla forma della superficie d’onda superficie d’onda = ogni superficie i cui punti vibrano concordemente Per tutti i punti di una superficie d’onda lo spostamento dalla posizione di equilibrio, in ogni istante, assume lo stesso valore.

7 Classificazione in base alla forma della superficie d’onda onde sferiche, se le superfici d’onda sono sferiche (es.: onde sonore)

8 Classificazione in base alla forma della superficie d’onda onde circolari, se le superfici d’onda sono circonferenze (es.: onde prodotte sulla superficie dell’acqua da un sasso);

9 Classificazione in base alla forma della superficie d’onda onde piane, se le superfici d’onda sono piani tra loro paralleli (es.: onde sferiche a grandi distanze dalla sorgente).

10 Classificazione in base alla necessità di un mezzo di propagazione onde meccaniche: necessitano di un mezzo elastico per propagarsi onde elettromagnetiche: si possono propagare anche nel vuoto Esempi di onde meccaniche: onde nell’acqua, onde sismiche, onde acustiche; Esempi di onde elettromagnetiche: onde radio, microonde, raggi infrarossi, luce, raggi ultravioletti, raggi X, raggi gamma.

11 Parametri descrittivi di un’onda periodo T : è il più piccolo intervallo di tempo dopo il quale il moto assume di nuovo le stesse proprietà frequenza f : è il numero di vibrazioni complete che avvengono in un secondo (f = 1/T) lunghezza d’onda : è lo spazio percorso dall’onda in un periodo.

12 Relazione con la velocità di propagazione Poiché e lo spazio percorso in un periodo T è la lunghezza d’onda, si ricava che: o anche

13 Grafico y-t t y T

14 Grafico y-x x y

15 Ampiezza di un’onda Ampiezza (A) Valore massimo assunto dalla grandezza propagata unità di misura = unità di misura della grandezza oggetto di moto ondulatorio (m se è un'onda meccanica, V/m o T se è l'onda di un campo elettromagnetico e così via).

16 Ampiezza di un’onda t y T x y AMPIEZZA

17 Suono Onda meccanica: si propaga solo in un mezzo Longitudinale Fronti d’onda sferici Velocità nell’aria: 340 m/s Più veloce nei mezzi più densi (solidi)

18 Suono Frequenza elevata  suono acuto Frequenza bassa  suono grave f > 20000 Hz  ultrasuono (non udibile) f < 20 Hz  infrasuono (non udibile)

19 Test La frequenza di un’onda luminosa è dell’ordine di 10 15 Hz. Il valore della lunghezza d’onda è: 10 m 1 m 0,3  1mm 0,1mm

20 Test In quale dei seguenti mezzi il suono si propaga più velocemente? a.Ferro b. Acqua c. Vapore acqueo d. Aria e. Vuoto

21 Fenomeni ondulatori Riflessione e diffusione Rifrazione e riflessione totale Dispersione Diffrazione (capacità di aggirare ostacoli) Effetto Doppler

22 Riflessione si manifesta quando l’onda incontra un ostacolo che non permette la prosecuzione della propagazione Nel caso della luce, un raggio incidente su una superficie levigata viene riflesso, ossia rimandato nel semipiano di provenienza

23 Riflessione leggi della riflessione: 1) il raggio incidente, il raggio riflesso e la normale alla superficie nel punto d'incidenza giacciono nello stesso piano 2) l'angolo di incidenza e l'angolo di riflessione sono uguali Raggio incidente Raggio riflesso Normale îr

24 Diffusione Un fascio di raggi incidenti paralleli forma un fascio di raggi riflessi paralleli, se la superficie riflettente è liscia

25 Diffusione Se la superficie riflettente non è perfettamente liscia, ogni raggio riflesso ha una direzione diversa: si parla in tal caso di diffusione. La diffusione è importante perché grazie ad essa possiamo vedere gli oggetti da qualunque direzione.

26 Rifrazione Deviazione della direzione di propagazione di un’onda, nel passaggio da un mezzo ad un altro con caratteristiche fisico-chimiche differenti Nel caso della luce, primo e secondo mezzo devono essere trasparenti, perché avvenga rifrazione

27 Rifrazione Se il raggio incide perpendicolarmente (i=0) sulla superficie di separazione dei due mezzi, esso non devia.

28 Rifrazione Se invece l’angolo di incidenza ha un valore diverso da zero, parte del raggio incidente viene riflessa e parte prosegue deviato nel secondo mezzo. Se un raggio di luce passa da un mezzo meno denso ad uno più denso, si avvicina alla normale raggio rifratto raggio riflesso – denso + denso

29 Rifrazione Se un raggio di luce passa da un mezzo più denso ad uno meno denso, si allontana dalla normale raggio rifratto raggio riflesso + denso – denso

30 Rifrazione leggi della rifrazione: 1) il raggio incidente, il raggio rifratto e la normale nel punto di incidenza giacciono sullo stesso piano 2) il rapporto tra il seno dell’angolo di incidenza ed il seno dell’angolo di rifrazione ha un valore costante, che dipende dalla natura dei due mezzi (legge di Snell) n 1,2 = indice di rifrazione relativo del secondo mezzo rispetto al primo

31 Rifrazione Se il primo mezzo è il vuoto, allora l’indice di rifrazione relativo n 1,2 del secondo mezzo rispetto al primo viene indicato semplicemente con n 2 ed è chiamato indice di rifrazione assoluto del secondo mezzo. si riesce a dimostrare che: v 1, v 2 : velocità nei due mezzi

32 Riflessione totale Se un raggio di luce passa da un mezzo più denso ad uno meno denso il raggio rifratto si allontana dalla normale. Aumentiamo progressivamente l’inclinazione del raggio incidente: il raggio rifratto si allontana ulteriormente dalla normale. Esisterà allora un angolo di incidenza tale che l’angolo di rifrazione valga 90° (raggio rifratto radente alla superficie di separazione). Chiameremo questo angolo di incidenza angolo limite. Per angoli di incidenza superiori all’angolo limite, il fascio luminoso non viene più rifratto, ma è interamente riflesso nel mezzo più rifrangente (primo mezzo). Parleremo allora di riflessione totale. Acqua Aria parzialmente riflessi totalmente riflesso parzialmente rifratti

33 Riflessione totale: calcolo dell’angolo limite un fascio di luce attraversa il mezzo 1, con indice di rifrazione assoluto n. Tenendo conto che, quando l’angolo di incidenza vale l, l’angolo di rifrazione vale 90°, si ha, ovvero. Quindi Mezzo 2 = vuoto n 2 = 1 Mezzo 1 n 1 = n

34 La dispersione della luce Prisma triangolare di vetro su di esso incide un fascio di luce bianca dopo aver subito una doppia rifrazione attraverso il prisma, la luce è raccolta su uno schermo La luce uscente dal prisma è scomposta nelle sue componenti monocromatiche (colori dello spettro solare): giallovioletto, indaco, azzurro, verde, giallo, arancione, rosso. Il fenomeno, noto come dispersione della luce, è provocato dalla diversa deviazione subita dai vari colori nel passaggio da un mezzo all’altro

35 La dispersione della luce notiamo che il rosso risulta il colore meno deviato, mentre il violetto è quello che subisce una deviazione maggiore. La deviazione è tanto maggiore quanto più grande è la frequenza del raggio luminoso. Per questo motivo i raggi viola (che sono quelli con la frequenza maggiore nello spettro solare) sono maggiormente deviati.

36 Effetto Doppler Il fischio di una locomotiva o il suono della sirena di un’ambulanza sembra più acuto quando si avvicina di quando si allontana. Questo effetto si chiama effetto Doppler. frequenza di un suono numero di onde che il suo orecchio riceve in un secondoEsso è dovuto al fatto che l’osservatore percepisce come frequenza di un suono il numero di onde che il suo orecchio riceve in un secondo moto relativo fra sorgente ed osservatore.questo numero dipende dal moto relativo fra sorgente ed osservatore. Se osservatore e sorgente si avvicinano esso aumenta;Se osservatore e sorgente si avvicinano esso aumenta; se si allontanano esso diminuiscese si allontanano esso diminuisce.

37 Test Se un raggio luminoso che viaggia nel mezzo ottico A raggiunge la superficie di separazione fra A e un altro mezzo B, si spezza, a volte, in due parti che costituiscono il raggio riflesso e quello trasmesso. I, R, T sono rispettivamente le intensità dei raggi incidente, riflesso, trasmesso. Quale affermazione è esatta? R = I + T T = I + R Il fenomeno si chiama “rifrazione” Il fenomeno si chiama “diffrazione” Il fenomeno si chiama “dispersione” I = T + R

38 Test Un raggio di luce, muovendosi in aria, incide su una superficie d’acqua (n=1,33) con angolo d’incidenza di 30°; esso viene sia riflesso sia rifratto, con angoli di riflessione e di rifrazione rispettivamente uguali a: 30° e 30° 22° e 22° 30° e 22° 30° e 42° 42° e 42°

39 Onde elettromagnetiche Non necessitano di un mezzo per la loro propagazione. In un’onda e.m. non è dovuta all’oscillazione di particelle del mezzo, ma ad oscillazioni dei vettori E e B, i quali: da vettori nulli crescono fino ad assumere la loro massima intensità, la riducono poi fino al valore zero, cambiano verso e assumono la massima intensità nel verso opposto riducono a zero la loro intensità e così via…

40 Caratteristiche delle onde e.m. 1.La perturbazione è costituita da un E e da un B in fase e perpendicolari fra loro 2.sono onde trasversali 3.non necessitano di un mezzo, ma si propagano anche nel vuoto (es.: propagazione del calore per irraggiamento) 4.sono generate da cariche che si muovono di moto accelerato. Se una carica si muove di moto armonico, si generano onde elettromagnetiche sinusoidali 5.le onde elettromagnetiche hanno una lunghezza d’onda, un periodo T, una frequenza f, un’ampiezza A e una velocità v come le onde meccaniche 6.la velocità delle onde elettromagnetiche è la stessa per tutte le onde elettromagnetiche nel vuoto: v = c = 3. 10 8 m/s 7.vengono riflesse, diffuse, rifratte, disperse e interferiscono tra loro come le onde meccaniche 8.si distinguono fra loro in base alla frequenza f. L’insieme delle possibili onde elettromagnetiche costituisce il cosiddetto spettro elettromagnetico.

41 Spettro elettromagnetico La luce, i raggi x e le onde radio hanno un'origine comune: sono costituite da vibrazioni di campi elettrici e magnetici che si propagano nello spazio a velocità della luce. Ciò che le contraddistingue è la frequenza. L'insieme delle onde e.m. al variare della frequenza costituisce lo spettro elettromagnetico, che si estende lungo un'ampiezza di 10 20 Hz.

42 Spettro elettromagnetico Raggi gamma Raggi X Radiazioni ultraviolette Radiazioni visibili (luce) Radiazioni infrarosse Microonde Onde radio Frequenza crescente crescente

43 Test Individuare fra quelle proposte l’affermazione corretta: A.Le onde luminose sono longitudinali B.Le onde elastiche si propagano nel vuoto C.Le onde elettromagnetiche sono trasversali D.La luce emessa dalle comuni lampadine è polarizzata E.Le onde sonore nei fluidi sono trasversali

44 Test Considerando una radiazione infrarossa e una ultravioletta, la prima rispetto alla seconda possiede: maggiore, frequenza maggiore minore, frequenza minore minore, frequenza maggiore maggiore, frequenza minore maggiore, frequenza uguale