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LE ONDE E IL SUONO (Un'onda è una perturbazione che si propaga
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LE ONDE E IL SUONO
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.
Onde su una corda
La perturbazione si propaga nel mezzo materiale
che in questo caso è la corda.
- La deformazione si propaga lungo la corda in orizzontale
- Però ogni singolo tratto di corda si muove soltanto in su e in giù
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.
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La lunghezza d'onda λ: 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.
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).
Velocità di propagazione v: poiché in un periodo
T l'onda percorre una lunghezza d'onda λ, la velocità v è:
v = λ/TGrandezza 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.
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.
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.
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.
3) Timbro: Dipende dalla particolare legge periodica con cui
oscilla l'onda sonora. E' caratteristico di ogni sorgente del suono.
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
Δt = 2d/v
dove v è la velocità del suono.
Per Δt minori si ode solo il rimbombo.
Il sonar permette di misurare la distanza di oggetti sotto il mare, misurando il tempo di andata e ritorno degli ultrasuoni che si riflettono sull'oggetto.
Con l'ecografia si ottiene l'immagine del feto nel ventre della madre, misurando i tempi di riflessione degli ultrasuoni inviati sulle sue diverse parti.
L'effetto Doppler
Effetto Doppler: la frequenza di un'onda
periodica, rilevata da un ricevitore in moto rispettoalla 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.
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.
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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).
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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.