Acustica.

Presentazione sul tema: "Acustica."— Transcript della presentazione:

1 acustica

2 Uguale lambda,frequenza
diversa ampiezza Uguale ampiezza diversa lambda,frequenza

3 Diversa forma Altezza : frequenza intensità :ampiezza timbro :forma Fattori intensità e durata hanno effetto diversificato intensità , più importante per frequenze superiori a 1000 Hz durata , più importante per frequenze inferiori a 1000 Hz

4 Onda trasversale : direzione di propagazione perpendicolare a quella della oscillazione (es.luce,anche nel vuoto) propagazione Onda longitudinale : direzione di propagazione parallela alla oscillazione (es.suono, non nel vuoto)

5 Grandezze caratteristiche di un’onda
Lunghezza d’onda, lambda (metri) :distanza orizzontale tra due punti in fase consecutivi (es.due creste) Periodo, T (secondo): tempo impiegato a compiere una oscillazione completa Ampiezza A (metri) :distanza verticale tra cresta e ventre Velocità V (m/sec) : velocità di spostamento dell’onda t lambda Tempo secondi Lambda = V * T F :Frequenza (oscillazioni al secondo Hz) = 1 / T (Hertz)….. T = 1 / f V = lambda /T = lambda * f Lambda = V / f

6 La velocità di propagazione del suono varia in funzione delle caratteristiche del materiale nel quale si propaga aumenta da aeriforme a liquido a solido Es.aria, 0°C , livello del mare, V = 330 m/s = 1200 Km/h Acqua 1461 m/s acciaio 5000 m/s cemento 1600 m/s legno 1000 m/s rame 3900 m/s vetro 5400 m/s Intensità sonora (decibel) I = potenza(watt) P / area A (mq) Decibel dB (10^(-12) W/mq I = P / 4 *3.14*R^2 La intensità decresce con il quadrato della distanza

7 I = P / (4*3.14*R^2 La intensità percepita risulta inversamente proporzionale al quadrato della distanza dalla sorgente

8 10 Decibel = 1 Bel (A.G.Bell inventore del telefono)
Confronto tra due potenze P1, P2 espresso in scala logaritmica (base 10) Numero di decibel dB = 10* log(P2 / P1) dB positivo se P2 > P1 dB negativo se P2 < P1 P1=1 P2=10^6 db =10 * log(P2/P1) = 10 * log(10^6/1) = 10*6 = 60 P1=100 P2=10 db = 10 * log(P2/P1) = 10 * log(10/100) = 10 * (-1)= -10 P1 = 10 P2 = 100 db = 10*log(P2/P1) = 10 * log(100/10) = 10*1 = + 10

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10 Esempi di scala di intensità in decibel
0 limite percepibile ^(-12) w/mq 20 sottovoce 40 ambiente silenzioso 60 conversazione nornale 80 treno 90 segnale antifurto 100 soglia dolorifica 120 soglia massimo dolore 1 W/mq 140 aereo in decollo 180 limite sopportazione Frequenza Hz e tipo di suoni Hz < 20 infrasuoni Hz > suoni normali(orecchio umano) Hz > ultrasuoni

11 Frequenze comuni (note musicali, in funzione di una ottava con La = 440 Hz)
do 264 re 297 mi 330 fa 352 sol 396 la si Limiti estremi Hz do 33 si

12 compressione-espansione-compressione-espansione
direzione di oscillazione = Direzione di propagazione Onde longitudinali

13 Asta metallica:si trasmette energia , senza spostamento macroscopico della materia
compressione-espansione-compressione-espansione direzione di oscillazione = Direzione di propagazione Onde longitudinali

14 aeriforme liquido solido solido La velocità del suono varia , in particolare, in funzione delle caratteristiche del mezzo nel quale si propaga stato fisico (aeriforme < liquido < solido ), densità, elasticità..

15 aeriforme liquido solido solido La velocità del suono varia , in particolare, in funzione delle caratteristiche del mezzo nel quale si propaga stato fisico (aeriforme < liquido < solido ), densità, elasticità..

16 Velocità del suono all’interno di un corpo gassoso
V = radice quadrata (P / d ) P = pressione (modulo di elasticità, di compressione) d = densità volumetrica Es.aria P = 10^5 N/mq ; d = 1.29 Kg/mc ; t = 0°C V = radq(10^5 N/mq / 1.29 Kg/mc ) = 278 m/s V misurata = 330 m/s Formula corretta che considera moto caotico delle molecole nel gas K (fattore correttivo) = cp / cv (calore specifico a pressione costante/calore specifico a volume costante) = 1.4 per aria) V = radq( k * P / d) V = radq(1.4 * 10^5/1.29 ) = 329 m/s

17 V = radq(P/d) (modulo di compressione/densità)
Variante in funzione di dati forniti V = radq(k*P/d) d = m/v = n*PM/v d / PM = n /v Pv = nRT P = nRT/v = d*R*T / PM V = radq(k * d * R *T/ PM*d) = radq(k*R*T/PM) V = radq(k * R *T / PM) Velocità del suono all’interno di un corpo liquido, solido V = radq(P/d) (modulo di compressione/densità)

18 La sorgente si sposta verso destra:i fronti d’onda risultano ravvicinati davanti alla sorgente e allontanati dietro alla sorgente Lunghezza d’onda costante lunga la direzione perpendicolare al moto

19 Sorgente immobile Lambda costante in tutte le direzioni Sorgente in movimento Lambda diverse davanti e dietro alla sorgente Lambda costanti in direzione perpendicolare al movimento

20 Sorgente e osservatore immobili:frequenza e lambda uguali per tutti gli ascoltatori

21 osservatore fermo e sorgente in movimento verso destra
Varia lambda per osservatore in funzione di avvicinamento o allontanamento della sorgente da osservatore Rimane la stessa per osservatori posti perpendicolarmente al moto

22 Sorgente e osservatore in movimento relativo
fe =frequenza emessa fp= frequenza percepita Vs = velocita del suono Vx = velocità sorgente vo = velocità osservatore Avvicinamento Fp = fe *((vs + vo)/(vs – vx) Allontanamento Fp = fe*((vs – vo)/(vs+ vx))

23 Sorgente in movimento vx e osservatore fermo
Fp = fe*vs /( vs – vx)) avvicinamento Fp = fe*1 / (1 – vx/vs) avvicinamento Fp = fe*vs/(vs+vx)) allontanamento Fp = fe*1 /(1 + Vx/vs) allontanamento Sorgente ferma e osservatore in movimento vx Fp=fe*vs/(vs-vx) avvicinamento Fp = fe*(1 + vx / vs ) avvicinamento Fp = fe*vs /(vs+vx) allontanamento Fp = fe*(1 – vx/vs) allontanamento

24 Sorgente ferma e osservatore in movimento
Frequenza percepita fp = femessa * velocitàsuono/ velocitàsuono ± velocità osservatore Fp = fe * vs / (vs – vx) in avvicinamento fp in aumento Fp = fe * (1 + vx/vs) Fp = fe * vs / (vs + vx) in allontanamento fp in riduzione Fp = fe * (1 - Vx/vs) Per V tendente a vs , fp = fe/(1-1) = fe/0 = infinita (avvicinamento) Per V tendente a vs , fp = fe/(1+1) = fe/2 = (allontanamento)

25 Sorgente in movimento e osservatore fermo
Frequenza percepita fp = femessa * velocitàsuono/ velocitàsuono ± velocità sorgente Fp = fe * vs / (vs – vx) in avvicinamento fp in aumento Fp = fe / (1 - vx/vs) Fp = fe * vs / (vs + vx) in allontanamento fp in riduzione Fp = fe / (1 +vx/vs) Per V tendente a vs , fp = fe/(1-1) = fe/0 = infinita (avvicinamento) Per V tendente a vs , fp = fe/(1+1) = fe/2 = (allontanamento)

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34 Aereo con velocità leggermente inferiore a quella del suono
Velocità onde v Velocità aereo u Sin θ = v / u Aereo con velocità superiore a quella del suono Angolo di cono 2 θ Vede aereo che passa e ode il suono Osservatore al suolo Vede aereo che passa e poi ode il suono Vede aereo ode suono

35 Aereo con velocità leggermente inferiore a quella del suono
Aereo con velocità superiore a quella del suono Vede aereo che passa e ode il suono Osservatore al suolo Vede aereo che passa e poi ode il suono Vede aereo ode suono

36 Ostacolo riflettente V suono = 340 m/s Distanza 17 metri Orecchio umano può percepire come distinti due suoni se sono distanziati di almeno 0.1 secondi Suono emesso, percorre d = v*t =340 m/s * 0.1 sec = 34 m Suono emesso e poi riflesso viene percepito se trascorrono almeno 0.1 sec: lo spazio percorso tra andata e ritorno = 34 m quindi sono necessari come minimo 34/2 = 17 metri di distanza perché suono emesso e riflesso risultino percepibili come distinti

37 d1=252m d2=420 1.25s 0.75 s e1 0.75 s 1.25s e2 0.75 s e3 0.75 s rupe1 rupe2 Dp= d1+d2=672m Eco1 da rupe1 ; eco2 da rupe2 ; eco3 da rupe 2, 1

38 Lunghezza d’onda molto piccola rispetto all’ostacolo subisce riflessione
Onda incidente Onda riflessa

39 Apertura uguale, molto piccola, aperta su ostacolo opaco
Le particelle oltrepassano apertura e rimangono confinate entro piccolo angolo Sorgente particelle Sorgente luce Le onde luminose con lambda simile alla grandezza della apertura subiscono diffrazione generando onde che hanno come sorgente l’aria che vibra nella apertura

40 Un’onda sonora a fronte piano, incontrando un ostacolo con dimensioni simili , subisce la diffrazione, generando onde circolari che aggirano l’ostacolo Incontrando apertura, prosegue come onda a fronte piano se dimensione apertura simile a lambda, si ha diffrazione

41 Un oggetto riflette in modo apprezzabile se grande almeno come lambda
lambda simile a dimensione ostacolo: diffrazione con aggiramento dell’ostacolo Un oggetto può essere rilevato, riconosciuto, se non risulta inferiore alla lambda usata (problema per rilevamento con sonar) Minima lambda percebibile da orecchio v/f = 340 m/s / /s = 0.02 m = 2 cm Un oggetto riflette in modo apprezzabile se grande almeno come lambda Per oggetti inferiore servono ultrasuoni (prodotti e ricevuti:sonar, pipistrelli. f 120 kHz : lambda 2.8 mm”

42 Per limitare l’effetto della diffrazione, la lunghezza d’onda usata per riconoscere , mediante riflessione, un oggetto , deve essere molto piccola rispetto all’oggetto da osservare La frequenza necessaria si può calcolare con la formula f = velocità suono nel mezzo/ dimensione minima oggetto f = V / d Oggetto grande Lunghezza onda grande : diffrazione Oggetto piccolo Lunghezza onda piccola :riflessione

43 Battimenti si verificano per interferenza di onde con frequenza quasi uguale

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55 Diffrazione e interferenza per onde elettromagnetiche (luce)

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