Durante la propagazione di un onda non c è trasporto di materia, ma propagazione di energia.

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1 ONDE Durante la propagazione di un onda non c è trasporto di materia, ma propagazione di energia.

2 ONDE ELASTICHE Un onda elastica è una perturbazione che si propaga in un mezzo senza movimento di materia Ogni punto del corpo elastico oscilla intorno alla sua posizione di equilibrio con moto periodico

3 ONDE SINUSOIDALI Facendo oscillando con legge armonica l estremo di una corda tesa si produce un onda sinusoidale Nei 4 istanti di tempo intervallati da un periodo T, l onda si sposta di una distanza pari a λ A = ampiezza Velocità dell onda vel = λ/t = λ ν Frequenza dell onda ν=1/t

4 ONDE Durante la propagazione di un onda non c è trasporto di materia, ma propagazione di energia Si definisce intensità di un onda l energia che attraversa nell unità di tempo una superficie unitaria posta normalmente alla direzione di propagazione joule = 2 s m watt m 2

5 ONDE Le onde possono essere: longitudinali: la perturbazione è parallela alla direzione di propagazione dell onda trasversali: la perturbazione è ortogonale alla direzione di propagazione dell onda

6 ONDE SONORE Qual è la grandezza fisica che oscillando produce il suono? Un onda sonora consiste in oscillazioni della pressione dell aria (o di un altro mezzo elastico) Il suono è un onda longitudinale Un onda è udibile dall orecchio umano se la sua frequenza è compresa nell intervallo 20 Hz Hz

7 VELOCITA DEL SUONO (1) Velocità di un onda sonora Mezzo Velocità (m/s) Aria secca (20 o C) 343 Vapore (134 o C) 494 Acqua distillata 1486 Acqua di mare 1519 Piombo 1190 Rame 3810 Alluminio 5000 Acciaio 5200

8 VELOCITA DEL SUONO (2) Velocità del suono in aria (t=0 o )[*] v ~ 330 m/s ~ 1200 Km/h = 1 M [*]superata nel 1947 Transonico NUMERO DI MACH REGIME FENOMENI FISICI M<<1 Subsonico L'aria si oppone al moto per attrito e genera forze idrodinamiche di portanza che sorreggono gli aerei. M~1 Transonico Appaiono nuovi fenomeni idrodinamici, come il repentino formarsi di nuvole di condensazione o il collasso del flusso. 1.2<M<3 3<M<5 Supersonico I termini non lineari nell'equazione delle onde diventano importanti e non si può più applicare il principio di sovrapposizione. Nuove onde elastiche appaiono, con proprietà differenti dalle onde sonore: le onde di shock. Supersonico elevato Gli effetti termodinamici sulla compressione dell'aria diventano rilevanti: il velivolo scambia calore con l'aria. M>5 Ipersonico L'elevata temperatura può modificare lo stato di aggregazione dell'aria.

9 ONDE SONORE Caratteristiche di un suono Altezza: dipende dalla frequenza fondamentale dell onda (acuto alta frequenza, grave bassa frequenza) Timbro: dipende dal numero di armoniche che compongono l onda e consente l identificazione del suono Intensità: dipende dal quadrato dell ampiezza della vibrazione (debole bassa intensità, forte alta intensità)

10 ONDE SONORE Un suono può essere percepito dall orecchio umano quando la sua intensità è maggiore di I0 = W m 2 soglia di udibilità Legge di Fechner: le sensazioni fisiologiche prodotte da un onda acustica sono proporzionali al logaritmo dell intensità dell onda per cui si usa la scala dei decibell (db) Livello sonoro = 10 log 10 I I 0 db

11 ONDE SONORE

12 ULTRASUONI Infrasuoni: hanno frequenze inferiori a 20 Hz (ad esempio le onde sismiche) Ultrasuoni: hanno frequenze superiori a 20 khz e sono largamente usati in diagnostica (ecografia) e terapia (riscaldamento dei tessuti irradiati)

13 EFFETTO DOPPLER Variazione della frequenza di un onda dovuta al moto relativo fra sorgente ed osservatore Moto dell osservatore Se l osservatore va incontro (si allontana) con una certa velocità, egli raccoglie in 1 secondo un numero di cicli maggiori (minori) di quelli che raccoglierebbe se si trovasse in quiete

14 EFFETTO DOPPLER Variazione della frequenza di un onda dovuta al moto relativo fra sorgente ed osservatore Moto della sorgente La sorgente emette i cicli ad intervalli di tempo T, ma si avvicina (si allontana) all osservatore per cui egli percepisce una frequenza maggiore (minore)

15 EFFETTO DOPPLER Indicando con ν 0 la frequenza propria dell onda, per la frequenza percepita ν, possiamo scrivere u ν ' = onda rivelatoreν 0 u onda ± u u sorgente dove u onda, u rivelatore ed u sorgente sono i rispettivi moduli delle velocità dell onda, del rivelatore e della sorgente.

16 EFFETTO DOPPLER Mediante l effetto Doppler è possibile controllare il flusso ematico all interno di un vaso sanguigno non invasivamente Dalla variazione di frequenza dell eco emessa dai globuli rossi in movimento si ricava la velocità di efflusso

17 ELETTRICITÀ (1) Le prime osservazioni sui fenomeni elettrici risalgono ai greci: Talete di mileto ( 600 ac) con l osservazione che piccoli pezzetti di paglia vengono attratti da un pezzo di ambra strofinato. Il vetro strofinato con la seta respinge il vetro strofinato con la seta. Il caucciù strofinato con la pelle respinge il caucciù strofinato con la pelle, ma attrae il vetro strofinato con la seta.

18 ELETTRICITÀ (2) Riassumendo: 1. alcuni corpi (vetro, ambra, caucciù...) se strofinati acquistano una carica elettrica; 2. le cariche elettriche esercitano delle forze fra di loro; 3. le cariche sul vetro e sul caucciù devono avere natura diversa. Benjamin Franklin ( ): in natura esistono due tipi di elettricità: positiva e negativa.

19 ELETTRICITÀ (3) Cariche di segno opposto si attraggono e cariche dello stesso segno si respingono.

20 CONDUTTORI ED ISOLANTI I materiali non si comportano tutti nella stessa maniera rispetto alla carica elettrica. Per esempio non è possibile elettrizzare, per strofinio, una sbarretta di Fe tenuta con la mano, mentre al contrario, se tale sbarretta è tenuta con un pezzo di legno è possibile elettrizzarla. CONDUTTORI: le cariche sono libere di muoversi (metalli, soluzioni ioniche ) ISOLANTI 0 DIELETTRICI le cariche non sono libere di muoversi (vetro, palstiche, legno )

21 INDUZIONE ELETTROSTATICA L'elettricità si produce anche per induzione, cioè avvicinando un corpo elettrizzato ad un metallo isolato. vetro supporto isolante metallo Se in presenza del vetro elettrizzato si divide il metallo, si ottengono due corpi carichi.

22 ELETTROSCOPIO A FOGLIE Utilizzando la mobilità delle cariche elettriche depositate su di un conduttore, è possibile costruire uno strumento per misurare la carica elettrica.

23 CARICHE ELETTRICHE (1) Consideriamo due cariche elettriche puntiformi q 1 e q 2. Puntiforme significa che le dimensioni fisiche dei due corpi che portano le cariche sono trascurabili rispetto alla loro distanza e quindi possono essere considerati dei punti. La terra (r=6400 Km) non è puntiforme rispetto a me che ci cammino sopra. La terra è puntiforme rispetto alla Via Lattea (r=10 5 anniluce).

24 Per due cariche elettriche puntiformi Coulomb nel 1785 osservò sperimentalmente che: 1) F LEGGE DI COULOMB (1) 1 r 2 2) F q 1 q 2 3) direzione la congiungente le cariche 4) segni concordi repulsiva discordi attrattiva

25 LEGGE DI COULOMB (2) r F = 4 1 πε o ε r qq r ε o ε r = C 2 /N m 2 costante = costante dielettrica del mezzo dielettrica del vuoto rispetto al vuoto H 2 O ε r 80

26 DISSOCIAZIONE ELETTROLITICA (1) legame ionico (forza di Coulomb) I : indebolimento del legame F c= 1 qq 4π π ε o ε r ε r (acqua) 80 r 2 ε r (aria) 1 esempio : NaCl in acqua } Na + Cl F c (acqua) 1 80 F c (aria) II : rottura del legame da urti per agitazione termica dissociazione elettrolitica

27 DISSOCIAZIONE ELETTROLITICA (2) III : mancata ricombinazione da polarità molecola H2O Na O H 2 Cl + conduttori elettrolitici :acidi, basi, sali in H 2 O forte sostanze organiche } debole dissociazione forte legame covalente esempio NaCl in H 2 O dissociazione 84% 100 molecole NaCl 84 Na + 84 Cl 16 NaCl (non dissociate) 184 particelle

28 LEGGE DI COULOMB (3) L unita di misura della carica elettrica nel S.I. è il coulomb (C). r F = 4 1 πε o ε r qq r La carica elettrica di 1 C è quella carica che posta nel vuoto ad 1 m di distanza da una carica elettrica uguale la respinge con la forza di N.

29 CARICHE ELETTRICHE (2) La carica elettrica è quantizzata, cioè non è possibile isolare cariche elettriche che siano frazioni di una carica elementare e. e = C Qualsiasi carica elettrica è un numero n intero di cariche elettroniche e con n=0,1,2,

30 CARICHE ELETTRICHE (3) Se si sommano, con i rispettivi segni, tutte le cariche elettriche prima di un fenomeno, alla fine dello stesso il numero totale di cariche elettriche è rimasto invariato. La conservazione della carica La conservazione dell energia