CLASSE DELLE LAUREE TRIENNALI DELLE PROFESSIONI SANITARIE TECNICHE

CLASSE DELLE LAUREE TRIENNALI DELLE PROFESSIONI SANITARIE TECNICHE LE ONDE P. Montagna ott-20 A. A. 2019 - 2020 Alessandro Le. Lascialfari onde Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag. 1

LE ONDE Fenomeni ondulatori Periodo e frequenza Lunghezza d’onda e velocità Legge di propagazione Energia trasportata Onde meccaniche: il suono Onde elettromagnetiche Velocità della luce Spettro elettromagnetico Energia dell’onda elettromagnetica P. Montagna ott-20 Le onde F. Ballarini – Fisica Applicata - Onde Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag. 2

Fenomeni ondulatori suono Oscillazioni meccaniche mare corda che vibra molla Oscillazioni elettromagnetiche ® B ® ® Eo E onda elettromagnetica ® ® v Bo P. Montagna ott-20 Le onde F. Ballarini – Fisica Applicata - Onde Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie ® x pag. 3

Onde trasversali e longitudinali trasversali vibrazione propagazione esempio : onda lungo una corda longitudinali vibrazione propagazione esempio : onda di percussione in un solido P. Montagna ott-20 Le onde F. Ballarini – Fisica Applicata - Onde Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag. 4

Periodo e frequenza def. fenomeno periodico: f(t) = f(t+T) (ritorna alla stessa configurazione dopo uno stesso intervallo di tempo) Def. Periodo T = (minimo) intervallo di tempo dopo il quale il fenomeno ritorna alla stessa configurazione = durata di una oscillazione (unita’ di misura S. I. : secondo). f(t) = A sen(2 p t/T) = A sen[(2 p/T) t] = A sen(wt) pulsazione w = 2 p/T = 2 p P. Montagna ott-20 frequenza = n. ro di oscillazioni/s = 1/T Le onde F. Ballarini – Fisica Applicata - Onde Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie Hz=1/s pag. 5

Ampiezza e energia di un’onda S(t) = A sen(wt + f) S(t) w = 2 p = 2 p T T +A o –A P. Montagna ott-20 t [ A = ampiezza T = periodo = frequenza f = cost di fase ENERGIA DI UN’ONDA: En A 2 Le onde F. Ballarini – Fisica Applicata - Onde Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag. 6

Legge di propagazione delle onde Moto rettilineo uniforme: Ogni onda si propaga con una propria velocita’ costante x = v t =v T=v/ Lunghezza d’onda = minima distanza dopo la quale il fenomeno riprende la stessa configurazione = distanza percorsa in un periodo (unita’ di misura S. I. : metro). A S(0) o S(t) to T P. Montagna ott-20 t = v Lunghezza d’onda e frequenza sono inversamente proporzionali: il loro prodotto e’ la velocità A o S(0) S(x) x xo Le onde F. Ballarini – Fisica Applicata - Onde Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag. 7

Intensità di un’onda Def. Intensità = energia trasportata nell'unità di tempo attraverso l’unita’ di superficie Energia I = Dt×S joule watt = unità di misura: 2 s× m m 2 S L’energia è costante (cons. energia) L’intensità diminuisce con il quadrato della distanza P. Montagna ott-20 S r Le onde F. Ballarini – Fisica Applicata - Onde Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie 2 r pag. 8

Il suono: vibrazione meccanica delle particelle di un mezzo materiale (gas, liquido, solido) molecola in moto punto di equilibrio A fluidi : x(t) spostamenti delle particelle addensamenti e rarefazioni compressioni e dilatazioni sono vibrazioni di/tra molecole: serve la materia! nel vuoto il suono non si propaga onda di pressione P. Montagna ott-20 Le onde F. Ballarini – Fisica Applicata - Onde Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag. 9

Caratteristiche del suono onda sonora : vibrazione meccanica percepibile dal senso dell'udito (orecchio) sensibilità orecchio umano infrasuoni v= P. Montagna ott-20 20 Hz < < 2 • 104 Hz varia = 344 m/s vacqua = 1450 m/s { ultrasuoni 17. 2 m < < 1. 72 cm 72. 5 m < < 7. 25 cm Le onde F. Ballarini – Fisica Applicata - Onde Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag. 10

Onde elettromagnetiche ® Eo ® B Def. onda elettromagnetica: E ® ® v “oscillazione” del campo elettrico e del campo magnetico, con direzione di propagazione ® perpendicolare a entrambi ® Bo ® ® E x Eo ® B Non serve materia: le onde e. m. si propagano anche nel vuoto! ® Bo T P. Montagna ott-20 t Le onde F. F. Ballarini –– Fisica Applicata -- Onde Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag. 11

Velocità della luce Le onde elettromagnetiche si propagano anche nel vuoto secondo la consueta legge: = v La loro velocità nel vuoto è sempre c = 3 • 108 m/s (= 300000 km/s) E’ la velocità non solo della luce visibile, ma anche di tutte le altre onde elettromagnetiche. E’ la massima velocità raggiungibile in natura. Nei mezzi materiali, la velocità è sempre <c P. Montagna ott-20 Le onde F. Ballarini – Fisica Applicata - Onde Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag. 12

Spettro elettromagnetico (fermi) (m) 10– 12 10– 14 RAGGI GAMMA (Hz) Ge. V 109 10– 10 RAGGI X 1022 1020 Me. V 106 = c P. Montagna ott-20 (mm) (Å) (nm) 10– 8 1016 ke. V E 10– 4 10– 2 INFRA-ROSSO MICRO ONDE 1014 1012 VISIBILE 1010 ULTRA-VIOLETTO 1018 103 10– 6 (mm) (cm) (m) 2 1 10 ONDE RADIO 108 106 (Hz) 3 108 Hz colori (e. V) E = h 400 500 600 Le onde F. Ballarini – Fisica Applicata - Onde Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie 700(nm) pag. 13

Energia dell’onda elettromagnetica Le onde elettromagnetiche trasportano energia mediante i “fotoni”, L’energia di un fotone è proporzionale alla frequenza dell’onda: E = h (con h = 6. 6 • 10 -34 J • s, costante di Planck). Per la luce visibile, l’emissione o assorbimento dei fotoni determina il colore dei corpi: bianco = emissione di tutte le frequenze visibili nero = assorbimento di tutte le frequenze visibili Es. Luce gialla: = 600 nm = c/ = (3 • 108 m/s)/(6 • 10 -7 m) = 0. 5 • 1015 Hz = 5 • 1014 Hz E = h = (6. 6 • 10 -34 J • s)(5 • 1014 Hz) = 3. 3 • 10 -19 J = 2 e. V P. Montagna ott-20 Le onde F. Ballarini Fisica Applicata - Onde Fisica Medica –– Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag. 14