Unit 14 Le onde elastiche e il suono

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Unità 14 Le onde elastiche e il suono Copyright © 2009 Zanichelli editore

Unità 14 Le onde elastiche e il suono Copyright © 2009 Zanichelli editore

1. Le onde Un'onda è una perturbazione che si propaga trasportando energia senza trasporto

1. Le onde Un'onda è una perturbazione che si propaga trasportando energia senza trasporto di materia. Ad esempio l'onda in una pozzanghera in cui cade una goccia d'acqua: le molecole d'acqua non si spostano ma oscillano su e giù. Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

Onde elastiche Le onde elastiche si propagano grazie alle proprietà elastiche del mezzo materiale.

Onde elastiche Le onde elastiche si propagano grazie alle proprietà elastiche del mezzo materiale. Le onde del mare non sono elastiche perché l'acqua è incompressibile. I volumetti di liquido sono soggetti a un moto longitudinale e uno trasversale, la cui somma dà un moto circolare. Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

Onde su una corda La perturbazione si propaga nel mezzo materiale che in questo

Onde su una corda La perturbazione si propaga nel mezzo materiale che in questo caso è la corda. Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

Onde su una corda Mezzo materiale: la corda. Trasmette il movimento, cioè energia cinetica

Onde su una corda Mezzo materiale: la corda. Trasmette il movimento, cioè energia cinetica ai punti della corda. Sorgente dell'onda: la mano. E’ l'origine della perturbazione. Si propagano mediante onde anche la luce, il suono, i terremoti, i segnali radio. Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

Onde trasversali e longitudinali Onda longitudinale: i punti del mezzo materiale oscillano in direzione

Onde trasversali e longitudinali Onda longitudinale: i punti del mezzo materiale oscillano in direzione parallela a quella di propagazione dell'onda. In una molla tirata avanti e indietro o in una sbarra di acciaio colpita da un martello, si propaga un'onda longitudinale. Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

Onde trasversali e longitudinali Onda trasversale: i punti del mezzo materiale oscillano in direzione

Onde trasversali e longitudinali Onda trasversale: i punti del mezzo materiale oscillano in direzione perpendicolare quella di propagazione dell'onda. In una molla tirata su e giù oppure nella corda di uno strumento, si propaga un'onda trasversale. Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

2. Le onde periodiche Si dice periodica un'onda che si ripete identica a se

2. Le onde periodiche Si dice periodica un'onda che si ripete identica a se stessa a intervalli di tempo costanti. In particolare quando la sorgente compie oscillazioni periodiche di tipo sinusoidali e il mezzo di propagazione è perfettamente elastico , si genera un’onda armonica. Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

La lunghezza d'onda e l'ampiezza Lunghezza d'onda : è la minima distanza dopo la

La lunghezza d'onda e l'ampiezza Lunghezza d'onda : è la minima distanza dopo la quale un'onda periodica torma a riprodursi identica a se stessa. Ampiezza: è la differenza tra il valore massimo della grandezza che oscilla e il valore di equilibrio. Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

Il periodo e la frequenza Periodo T: è l'intervallo di tempo che un punto

Il periodo e la frequenza Periodo T: è l'intervallo di tempo che un punto del mezzo materiale impiega per compiere un'oscillazione completa. (Nell'esempio della corda T=2 s. ) Frequenza f: è il numero di oscillazioni complete che l'onda descrive in un secondo. Si misura in hertz (Hz). (Nell'esempio f = 0, 5 Hz. ) Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

La velocità di propagazione e la grandezza che oscilla Velocità di propagazione v: poiché

La velocità di propagazione e la grandezza che oscilla Velocità di propagazione v: poiché in un periodo T l'onda percorre una lunghezza d'onda , la velocità v è: Grandezza che oscilla: dipende dal tipo di onda. In una corda la posizione di un suo tratto; in una pozzanghera la posizione di un volumetto di acqua; in una barra metallica la densità di uno straterello. Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

Velocità di propagazione lungo una corda tesa Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi

Velocità di propagazione lungo una corda tesa Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

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L’energia di un’onda elastica Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di

L’energia di un’onda elastica Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

3. Le onde sonore Il suono è un'onda la cui sorgente è un corpo

3. Le onde sonore Il suono è un'onda la cui sorgente è un corpo che vibra, come le corde di una chitarra o le corde vocali. Il mezzo di propagazione può essere l'aria. Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

Il suono è un'onda longitudinale Facciamo vibrare una sottile lamina d'acciaio in modo periodico.

Il suono è un'onda longitudinale Facciamo vibrare una sottile lamina d'acciaio in modo periodico. Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

Il suono è un'onda longitudinale La vibrazione crea zone di compressione e di rarefazione

Il suono è un'onda longitudinale La vibrazione crea zone di compressione e di rarefazione dell'aria che si propagano: la grandezza che oscilla è la pressione dell'aria. Il suono è un'onda longitudinale formata da successive compressioni e rarefazioni del mezzo. Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

Il suono è un'onda longitudinale Noi udiamo il suono perché l'onda sonora fa vibrare

Il suono è un'onda longitudinale Noi udiamo il suono perché l'onda sonora fa vibrare il nostro timpano. Il suono non si propaga nel vuoto. Infatti non si riesce a sentire il suono di un campanello sotto vuoto. Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

La velocità del suono La velocità di propagazione del suono varia a seconda del

La velocità del suono La velocità di propagazione del suono varia a seconda del mezzo materiale in cui il suono si propaga. Nell'acqua il suono è quasi 5 volte più veloce che nell'aria. Il suono è molto lento rispetto alla luce (v=300 000 km/s). Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

4. Le caratteristiche del suono Il suono è un'onda periodica che ha tre caratteristiche:

4. Le caratteristiche del suono Il suono è un'onda periodica che ha tre caratteristiche: altezza, intensità e timbro. 1) Altezza Distingue un suono acuto da un suono grave e dipende dalla frequenza. I do della scala del pianoforte: ad ogni ottava superiore corrisponde un raddoppio della frequenza. Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

Le caratteristiche del suono Frequenza maggiore: suono più acuto. Frequenza minore: suono più grave.

Le caratteristiche del suono Frequenza maggiore: suono più acuto. Frequenza minore: suono più grave. 2) Intensità Distingue un suono ad alto volume da uno a basso volume e dipende dall'ampiezza. Ampiezza maggiore: suono più forte. Ampiezza minore: suono più debole. Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

Le caratteristiche del suono 3) Timbro Dipende dalla particolare legge periodica con cui oscilla

Le caratteristiche del suono 3) Timbro Dipende dalla particolare legge periodica con cui oscilla l'onda sonora. E' caratteristico di ogni sorgente del suono. Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

L'intensità di un'onda sonora L'intensità di un'onda è il rapporto tra l'energia che incide

L'intensità di un'onda sonora L'intensità di un'onda è il rapporto tra l'energia che incide su una superficie trasversale nel tempo t e l'area della superficie per t. Quindi l'intensità I è l'energia che incide in 1 s su un'area di 1 m 2. Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

5. I limiti di udibilità L'orecchio umano percepisce suoni di frequenza compresa tra 20

5. I limiti di udibilità L'orecchio umano percepisce suoni di frequenza compresa tra 20 Hz e 20 000 Hz. f < 20 Hz: infrasuoni; f > 20 000 Hz: ultrasuoni. Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

6. L'eco Il suono emesso dalla sorgente viene riflesso da un ostacolo e viene

6. L'eco Il suono emesso dalla sorgente viene riflesso da un ostacolo e viene di nuovo udito come se provenisse da lontano. L'eco si ode dopo un tempo dove v è la velocità del suono. Se d=20 m, t = 0, 12 s. Per t minori si ode solo il rimbombo. Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

L'eco Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

L'eco Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

7. Le onde stazionarie Un impulso trasversale si propaga come onda su una molla,

7. Le onde stazionarie Un impulso trasversale si propaga come onda su una molla, si riflette all'estremo fisso e torna indietro. La sovrapposizione dell'onda progressiva con l'onda regressiva dà l'onda stazionaria. Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

Le onde stazionarie Un'onda stazionaria rimane sempre nella stessa zona di spazio, senza propagarsi

Le onde stazionarie Un'onda stazionaria rimane sempre nella stessa zona di spazio, senza propagarsi al di fuori e senza trasportare energia da un punto all'altro della zona che occupa. La corda di una chitarra vibra di un'onda stazionaria. I nodi sono i punti fissi agli estremi. Tutti i punti della corda raggiungono insieme il massimo e il minimo di oscillazione. Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

I modi normali di oscillazione Pizzicando opportunamente una corda si ottengono onde stazionarie con

I modi normali di oscillazione Pizzicando opportunamente una corda si ottengono onde stazionarie con un numero di nodi > 2. I modi normali di oscillazione sono quelli in cui tutti i punti oscillano di moto armonico con la stessa f. Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

Le frequenze dei modi normali Il primo modo normale è quello con due nodi,

Le frequenze dei modi normali Il primo modo normale è quello con due nodi, che ha una lunghezza d'onda 1 = 2 L. (L = lunghezza corda) Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

Le frequenze dei modi normali In generale il modo normale numero n, che ha

Le frequenze dei modi normali In generale il modo normale numero n, che ha n+1 nodi, ha La frequenza e la velocità del modo normale numero n sono: da cui Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

Le frequenze dei modi normali Il modo normale numero 1, che è detto armonica

Le frequenze dei modi normali Il modo normale numero 1, che è detto armonica fondamentale, ha Le frequenze da f 2 in poi sono le armoniche superiori. Un'onda stazionaria si può ottenere come sovrapposizione di due o più modi normali. Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

8. L'effetto Doppler Effetto Doppler: la frequenza di un'onda periodica, rilevata da un ricevitore

8. L'effetto Doppler Effetto Doppler: la frequenza di un'onda periodica, rilevata da un ricevitore in moto rispetto alla sorgente, è diversa da quella rilevata da un ricevitore fermo rispetto alla sorgente. Quando sentiamo la sirena di un'ambulanza che prima si avvicina a noi e poi si allontana, percepiamo prima un suono più acuto e poi uno più grave. Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

L'effetto Doppler : sorgente ferma rispetto al mezzo e ricevitore in moto L'effetto Doppler

L'effetto Doppler : sorgente ferma rispetto al mezzo e ricevitore in moto L'effetto Doppler varia a seconda di chi è in moto rispetto al mezzo di propagazione. Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

L'effetto Doppler : sorgente ferma rispetto al mezzo e ricevitore in moto La formula

L'effetto Doppler : sorgente ferma rispetto al mezzo e ricevitore in moto La formula è: ricevitore in allontanamento: si sceglie il segno “ –” e f' < f: il suono percepito è più grave ; ricevitore in avvicinamento: si sceglie il segno “+” e f' > f: il suono percepito è più acuto. Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

L'effetto Doppler : sorgente ferma rispetto al mezzo e ricevitore in moto Dimostriamo la

L'effetto Doppler : sorgente ferma rispetto al mezzo e ricevitore in moto Dimostriamo la formula in caso di avvicinamento. Se il ricevitore è fermo, Quando si muove, non cambia, mentre la velocità del suono è . Quindi e poiché , si ha Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

L'effetto Doppler : sorgente in moto rispetto al mezzo e ricevitore fermo Copyright ©

L'effetto Doppler : sorgente in moto rispetto al mezzo e ricevitore fermo Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

L'effetto Doppler : sorgente in moto rispetto al mezzo e ricevitore fermo La formula

L'effetto Doppler : sorgente in moto rispetto al mezzo e ricevitore fermo La formula è: sorgente in avvicinamento: si sceglie il segno “– ” e f' > f: il suono percepito è più acuto; sorgente in allontanamento: si sceglie il segno “+” e f' < f: il suono percepito è più grave. Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica

L'effetto Doppler : applicazioni Molti sensori di movimento sfruttano l'effetto Doppler: l'onda riflessa ha

L'effetto Doppler : applicazioni Molti sensori di movimento sfruttano l'effetto Doppler: l'onda riflessa ha frequenza minore o maggiore a seconda che l'oggetto in moto si allontani o si avvicini. Mediante l'effetto Doppler degli ultrasuoni si misura la velocità del sangue nelle vene e nelle arterie. Copyright © 2009 Zanichelli editore Ugo Amaldi - Corso di fisica