LE ONDE. Le onde Fisica Medica Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie. P.Montagna gen-08. pag.1

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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 pag.1

2 Fenomeni ondulatori Oscillazioni meccaniche mare suono corda che vibra Oscillazioni elettromagnetiche B E o B o molla E onda elettromagnetica v λ x pag.2

3 Onde trasversali e longitudinali trasversali vibrazione propagazione esempio : onda lungo una corda longitudinali vibrazione propagazione esempio : onda di percussione in un solido pag.3

4 Periodo e frequenza Fenomeno periodico: f(t) = f(t+t) ritorna alla stessa configurazione dopo uno stesso intervallo di tempo Periodo T = minimo intervallo di tempo dopo il quale il fenomeno ritorna alla stessa configurazione = durata di una oscillazione (unita di misura: secondo). f(t) = A sen(2π t/t) = A sen[(2π/t) t] = A sen(ωt) Se 1 oscillazione dura n secondi, in 1 secondo ci sono 1/n oscillazioni frequenza = n.oscillazioni/sec pulsazione ω = 2π/T = 2πν ν = 1/T Hz=1/s pag.4

5 Ampiezza e energia di un onda S(t) = A sen(ωt + φ) +A S(t) T ω = 2 T π = 2π ν A = ampiezza T = periodo ν = frequenza φ = fase o A t ENERGIA DI UN ONDA E A 2 pag.5

6 Legge di propagazione delle onde Ogni onda si propaga con una propria velocita costante Lunghezza d onda λ = minima distanza dopo la quale il fenomeno riprende la stessa configurazione = distanza percorsa in un periodo (unita di misura: metro). Moto rettilineo uniforme: x = v t λ = v T = v/ν λ = v T λν = v Lunghezza d onda e frequenza sono inversamente proporzionali: il loro prodotto e la velocita A S(0) o S(t) T t o A t o S(0) S(x) xo λ x pag.6

7 Oscillazioni smorzate e forzate S(t) o forze dissipative (attriti) energia dissipata SMORZATE t graduale diminuzione dell'ampiezza A energia rifornita al sistema S(t) o FORZATE t graduale aumento dell'ampiezza A pag.7

8 I = Intensita di un onda Intensità = energia E Δt S trasportata nell'unità di tempo attraverso l unita di superficie unità di misura: joule onda sferica: S=4πr 2 L energia é costante (cons.energia) watt s m 2 = m 2 S L intensità diminuisce con il quadrato della distanza r S 2r pag.8

9 Il suono suono : vibrazione meccanica delle particelle di un mezzo materiale (gas, liquido, solido) molecola in moto punto di equilibrio sono vibrazioni di/tra molecole: serve la materia! fluidi : A x(t) spostamenti delle particelle addensamenti e rarefazioni compressioni e dilatazioni nel vuoto il suono non si propaga onda di pressione pag.9

10 Caratteristiche del suono onda sonora : vibrazione meccanica percepibile dal senso dell'udito (orecchio) sensibilità orecchio umano infrasuoni v = λ ν 20 Hz < ν < Hz ultrasuoni { v aria = 344 m/s 17.2 m < λ < 1.72 cm v acqua = 1450 m/s 72.5 m < λ < 7.25 cm Caratteristiche di un suono: altezza frequenza timbro composizione armonica intensità E/(S t) pag.10

11 Onde elettromagnetiche B B B o E o E o B o E E λ v x Onda elettromagnetica: vibrazione del campo elettrico e del campo magnetico in direzione perpendicolare a entrambi Una carica elettrica in moto emette o assorbe onde elettromagnetiche quando soggetta ad accelerazione T t Non serve materia: i campi si propagano anche nel vuoto! pag.11

12 Velocita della luce elettromagnetiche si propagano anche nel vuoto secondo la consueta legge: λν = v La loro velocità nel vuoto è sempre c = m/s (= km/s) E la velocità della luce ma anche di tutte le altre onde elettromagnetiche. E la massima velocità raggiungibile in natura. Nei mezzi materiali la velocità è c/n (<c). pag.12

13 Spettro elettromagnetico (fermi) λ (m) (Å) (nm) (μm) 10 6 (mm)(cm) λ (m) RAGGI GAMMA ν (Hz) GeV λν = c MeV 10 6 RAGGI X kev 10 3 E = hν ULTRA- -VIOLETTO E (ev) INFRA- -ROSSO VISIBILE MICRO ONDE colori 10 8 ONDE RADIO Hz ν (Hz) λ (nm) pag.13

14 Energia dell onda elettromagnetica elettromagnetiche trasportano energia sotto forma di particelle di luce dette fotoni, emessi o assorbiti in transizioni atomiche o molecolari. L energia è proporzionale alla frequenza: E = hν con h = J s (costante di Planck). Nella luce visibile l emissione o l assorbimento dei fotoni determina il colore dei corpi: bianco = emissione di tutte le frequenze visibili nero = assorbimento di tutte le frequenze visibili Luce gialla: λ = 600 nm Es. ν = c/λ = ( m/s)/( m) = Hz = Hz E = hν = ( J s)( Hz) = J = 2 ev pag.14

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