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Mappa concettuale: il pistrello e gli ultrasuoni - Coggle Diagram
Mappa concettuale: il pistrello e gli ultrasuoni
1. Il Pipistrello e l'Ecolocazione
Orientamento Notturno
I pipistrelli non hanno una vista eccezionale, ma possiedono naso e orecchie sviluppatissimi.
Navigano e cacciano al buio tramite l'ecolocazione.
Termine coniato nel 1944 dallo scienziato americano Donald Griffin.
Utilizzata anche da altri animali (es. delfini).
Funzionamento del "Sonar" del Pipistrello
Emissione: Il pipistrello emette ultrasuoni dal naso, generati dalle veloci vibrazioni della laringe.
Ricezione: I padiglioni auricolari molto sviluppati raccolgono l'eco di ritorno dei segnali ultrasonori.
Protezione uditiva: Durante l'emissione dei segnali, i muscoli della zona auricolare si contraggono per diminuire la sensibilità uditiva ed evitare l'assordamento.
Elaborazione dati: "Vedere con le orecchie" consente di determinare posizione, forma e distanza degli ostacoli o delle prede (es. falene).
2. La Fisica del Suono e degli Ultrasuoni
Natura del Suono
Origina da una vibrazione (es. laringe, corde vocali, corde di violino, elastico).
Genera un'onda di pressione (alternanza di compressione e decompressione dell'aria).
Le molecole d'aria non si spostano a lungo raggio, ma oscillano avanti e indietro trasmettendo la vibrazione alle molecole vicine.
Il timpano recepisce l'onda di pressione e il cervello la traduce in informazione sonora.
Parametri Fisici: Frequenza e Lunghezza d'Onda
Hertz (Hz): Unità di misura della frequenza (1 Hz = 1 vibrazione al secondo).
Campo uditivo umano: Circa 20 Hz – 20.000 Hz.
Ultrasuoni: Suoni con frequenza superiore a 20.000 Hz (oltre il limite umano).
Pipistrelli: Emettono frequenze attorno ai 50.000 Hz (e oltre).
Delfini: Possono raggiungere frequenze fino a 200.000 Hz.
Velocità del suono: Circa 343 m/s (circa 900.000 volte più lenta della luce, che viaggia a circa 300.000.000 m/s).
Vantaggio: La lentezza relativa del suono dà al pipistrello il tempo necessario per calcolare le distanze. Può distinguere due echi in arrivo separati da pochi milionesimi di secondo.
3. Riflessione vs. Diffrazione (La Caccia alla Preda)
La Diffrazione
Fenomeno di sparpagliamento delle onde sonore (ed elettromagnetiche) in tutte le direzioni quando incontrano un ostacolo di dimensioni simili alla loro lunghezza d'onda.
Renderebbe impossibile individuare una piccola preda.
La Riflessione
Prevale quando la lunghezza d'onda è molto più piccola delle dimensioni dell'ostacolo.
Esempio numerico del pipistrello:
Frequenza = 50.000 Hz \rightarrow Lunghezza d'onda = 0,7 cm.
Dimensione della falena = 5-6 cm.
Poiché 0,7 cm è molto minore di 5-6 cm, l'onda rimbalza (riflessione) verso l'orecchio senza disperdersi.
Coevoluzione Cacciatore-Preda
Alcune falene hanno sviluppato un sistema uditivo in grado di captare gli ultrasuoni dei pipistrelli.
Reazioni della falena: Fuga rapida o caduta a terra fingendosi morta.
4. Applicazioni Umane degli Ultrasuoni
Evoluzione Storica delle Tecnologie
1917 (Paul Langevin, Francia): Realizzazione del primo apparecchio per produrre onde sonore ad alta frequenza.
1941 (Frederick Hunt, USA): Invenzione del SONAR (Sound Navigation And Ranging) per la navigazione e la misurazione delle distanze subacquee tramite il suono.
1958 (Ian Donald, UK): Sviluppo della tecnica sonar in campo medico per osservare l'interno del ventre materno \rightarrow Nascita dell'Ecografia.
L'Ecografia Medica Oggi
Frequenze impiegate: Altissime, fino a oltre 10.000.000 Hz (10 MHz).
Principio di funzionamento: I diversi tessuti corporei riflettono le onde in modo differente a seconda della propria densità .
Elaborazione dati: Un sistema computerizzato avanzato converte le caratteristiche dell'eco di ritorno in immagini ad alta definizione (anche 3D).
Uso del GEL: Applicato sulla pelle per eliminare l'aria interposta e garantire una perfetta conduzione delle onde ultrasonore.