Se, ad esempio, il periodo è di 1/30 di secondo la sorgente sonora compie in 1 secondo 30 vibrazioni ( frequenza ).

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1 IL SUONO

2 Il uono é un onda elatica (ha biogno di un mezzo per propagari),longitudinale (la perturbazione aiene parallelamente alla direzione di propagazione); per la ua eitenza ono, dunque, neceari una orgente (corpo ibrante) e un mezzo elatico di propagazione (aria, acqua, ecc..). La perturbazione che iaggia ul mezzo conite, iicamente, in un ueguiri di preioni e depreioni e, quindi, in un ocillazione di ogni particella in ibrazione attorno ad una ua poizione media ia

3 GRANDEZZE FISICHE Periodo ( T ) E l interallo di tempo neceario per compiere una ibrazione completa. Si miura in econdi ( ). particella t Tempo Y Spotamento della Se, ad eempio, il periodo è di 1/30 di econdo la orgente onora compie in 1 econdo 30 ibrazioni ( requenza ).

4 Frequenza ( ) E il numero di ibrazioni complete che aengono in un econdo. Si miura in hertz ( Hz ). Il "range" di udibilità dell orecchio umano è compreo tra i 20 e i Hz. Ciò igniica che, pur eitendo onde onore che i propagano a requenze più bae (inrauoni) o più alte (ultrauoni),noi non poiamo percepirle.

5 Altezza L altezza (o Acutezza) e la caratteritica che determina l eleazione di un uono douta alla rapidità delle ibrazioni che lo producono e ci conente di ditinguere i uoni acuti da quelli grai. Ea cambia a econda della requenza a cui l onda ibra. Al crecere della requenza corriponde l aumento dell altezza. Onde onore aenti uguali ampiezza ma requenza diera generano uoni di diera altezza.

6 I uoni alti o acuti, ono quelli la cui requenza è proima a Hz, quelli bai ono quelli con requenza più icina ai 16 Hz. Quando i parla dell' altezza di un uono, ci i rierice appunto alla requenza di un uono udibile. Gli inrauoni ono i uoni con requenza ineriore a 16 Hz; gli ultrauoni quelli con requenza uperiore ai Hz; ultrauoni e inrauoni ono entrambi oltre la oglia dell'udibilità.

7 Lunghezza d onda (l ) E la ditanza percora dall onda in un periodo. Perciò, e "" è la elocità di propagazione λ. Τ oppure λ /.

8 Ampiezza L ampiezza dell onda rappreenta lo potamento maimo delle molecole d aria che ocillano intorno alla poizione di equilibrio al paaggio della perturbazione acutica. All aumentare di queto potamento aumenta la orza con cui le molecole colpicono la membrana timpanica e, quindi,l intenità del uono che percepiamo.

9 Velocità di propagazione E la elocità con cui il uono i propaga nel mezzo attraerato e dipende dalla denità dello teo

10 Timbro Il timbro rappreenta la qualità del uono e dipende eenzialmente dalla orma d onda dello teo. Permette di ditinguere uoni emei da orgenti diere, anche e ei hanno la tea requenza e la tea intenità. Ciacun trumento muicale ha un timbro diero.

11 Intenità L'intenità (I) e deinita come il luo medio di energia che, nell unita di tempo, attraera un upericie di area unitaria dipota perpendicolarmente alla direzione di propagazione. E la grandezza che permette di ditinguere i uoni deboli da quelli orti, un uono e tanto più orte quanto maggiore e l ampiezza delle ocillazioni della orgente che lo genera.

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13 Tenendo preente il carattere tridimenionale delle onde onore, l'intenità (I), iene deinita: I E tot / S t W / 4 π r² (Watt/m²) Doe W indica la potenza (W E / t) ed E indica la quantità di energia emea dalla orgente e traportata dall onda. L'intenità i miura in Decibel (db ). db 10. log 10 ( I /I O ) Doe I 0, è il alore d intenità per cui la enazione iiologica è nulla: I W/m 2 La cala delle intenità è logaritmica, perciò ogni incremento di 10 db corriponde ad un aumento in intenità di un attore 10: il rucio delle oglie, inatti, è 10 olte più inteno dei mormorii.

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15 Fenomeni connei con la propagazione delle onde onore

16 Rileione Fenomeno che i eriica quando un onda(onora, per eempio)incontra un otacolo e torna indietro dalla parte da cui proiene. Leggi della rileione -1) L angolo di incidenza(i) e l angolo di rileione (r)ono uguali - 2) L angolo di incidenza(i) e l angolo di rileione (r )ono complanari

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18 RIMBOMBO ED ECO Un eempio di rileione delle onde onore e il enomeno dell ECO che i eriica quando un oeratore emette un uono troandoi di ronte ad un otacolo in grado di rilettere le onde incidenti, per cui percepice lo teo uono due olte (l onda diretta e quella rilea).

19 Il eriicari dell eco è comunque incolato alla capacità dell orecchio umano di eparare due impuli onori in ucceione. Queta capacità i chiama "potere eparatore "ed è dell ordine di 1/10 di econdo. Poiché la elocità del uono nell aria è circa 340 m/, in 1/10 di econdo il tratto percoro è 34 metri, per cui il enomeno ha luogo olo quando la parete rilettente è pota ad una ditanza minima di 17 m dall oeratore, tenuto conto che il uono dee percorrere il cammino in andata e ritorno, prima di arriare di nuoo all orecchio. Se queta condizione non è oddiatta i ha il enomeno del RIMBOMBO (orappoizione di uoni).

20 Le rileioni del uono hanno molte applicazioni. Ee poono eere uate per rialire al proilo della barriera rilettente. Ciò è quanto a il onar Un uono emeo ero il ondo da un'imbarcazione, iene rileo dal ondo. L'onda rilea iene rielata ed elaborata da opportune apparecchiature per troare la proondità ed altre caratteritiche del ondo.

21 Rirazione Il enomeno conite in un cambiamento di direzione di propagazione dell onda quando queta attraera la upericie di eparazione di mezzi di denità diera. Queto cambiamento dipende dal rapporto ra le diere elocità di propagazione dell onda nei due mezzi.

22 Leggi della rirazione: 1) en i/en r 1/2 K 2) L angolo di incidenza ( i ) e l angolo di rirazione ( r ) ono complanari.

23 Il diegno i rierice al cao in cui l onda paa da un mezzo meno deno ad uno più deno.

24 Aorbimento Il enomeno conite nel atto che parte dell energia traportata dall onda iene aorbita dall otacolo e i traorma in calore.

25 Dirazione Il enomeno della dirazione delle onde onore a parte della notra eperienza quotidiana.stando in un una tanza iamo in grado di entire una perona che parla nel corridoio icino. Queto aiene perché la lunghezza d onda del uono emeo dalla oce umana è dello teo ordine di grandezza degli otacoli che incontra ul uo cammino. Nel punto in cui l onda incontra l otacolo i generano onde eriche che i propagano in tutte le direzioni permettendo al uono di giungere in punti che i troano dietro l otacolo.

26 Rionanza Il enomeno i eriica quando ad un itema engono tramei impuli con requenza uguale alla requenza di ibrazione del itema teo, di coneguenza eo ocilla con ocillazioni di ampiezza maima.

27 Uno trumento che mette in eidenza tale enomeno è il diapaon. Il diapaon è uno trumento, generalmente in metallo, cotituito da una U otenuta da un manico. I due rami della U ono detti rebbi. Se uno dei rebbi iene colpito, il diapaon comincia a ibrare producendo un uono di requenza ben determinato. Se inece il diapaon i troa in una regione ede di un uono con una certa requenza, il diapaon, ollecitato dal uono, incomincia a ibrare. Queto enomeno iene detto rionanza.

28 Intererenza Il enomeno conite nell eetto prodotto dalla orappoizione di due o più onde che i propagano imultaneamente nello teo mezzo, per cui lo potamento in un dato punto e in un certo itante è pari alla omma ettoriale degli potamenti prodotti dalle onde componenti in quel punto e in quell itante. Si ha intererenza cotruttia quando gli potamenti hanno lo teo ero e i ottiene un onda di ampiezza maggiore di quelle doute eparatamente a ciacuna onda, iceera i ha intererenza ditruttia quando gli potamenti hanno ero oppoto e i ottiene un onda di ampiezza minore di quelle delle onde componenti.

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30 Battimenti Il enomeno dei battimenti i ha quando interericono due onde di requenza leggermente diera. Se i tratta di onde onore i battimenti conitono nella percezione di un uono di intenità ariabile che raggiunge un maimo ad interalli di tempo uguali.

31 Conideriamo,ad eempio, due onde della tea ampiezza inizialmente in oppoizione di ae, le cui requenze diericono di 2 Hz, che i orappongono nella tea regione di pazio Il riultato e il proceo di battimenti caratterizzato da un uono di intenità ariabile che raggiunge il maimo con requenza pari alla dierenza delle requenze delle onde emee dalle due orgenti.

32 Onde tazionarie nei tubi I principi iici che regolano la ibrazione delle corde poono in qualche modo eere etei, con le doute dierenziazioni, al cao della ibrazione di colonne d'aria all'interno di tubi. E' il cao degli trumenti a iato e delle canne d'organo. La dierenza più importante ripetto al cao delle corde è che l'onda tazionaria è di tipo longitudinale.

33 Tubo aperto i oera che le etremità aperte ono empre antinodi di potamento (maimo potamento delle molecole)

34 λ 1 λ 2 λ 3 λ 4 2L L 3 2L 2 L

35 Tubo chiuo In generale: λ n 4L 2n 1 n ( 2n 1) 4L i oera che l etremità aperta è empre antinodo di potamento (maimo potamento delle molecole) mentre l etremità chiua è nodo

36 EFFETTO DOPPLER L'eetto Doppler è un eetto di hit (potamento) delle requenze che engono percepite da un acoltatore, quando eite un moto relatio della orgente ripetto all'acoltatore teo (i muoe la orgente, oppure i muoe l'acoltatore, oppure i muoono entrambi con elocità diere).

37 Le igure 1 e 2 motrano la propagazione delle onde emee da una orgente ia e da una orgente in moimento. Dalle animazioni è poibile notare come la lunghezza d'onda ia cotante in tutte le direzioni per la orgente ia; dieramente, nel cao della orgente in moimento, la lunghezza d'onda è unzione del coeno dell'angolo di oerazione per la orgente in moimento (nel cao di un acoltatore poto nella direzione del moto, la lunghezza d'onda è minore oppure maggiore di quella emea, a econda che la orgente i aicini oppure i allontani dall'acoltatore).

38 Oggi è molto acile contatare l'eetto Doppler: bata acoltare la dierenza nel uono emeo dalla irena di un mezzo di occoro quando i aicina e quando i allontana. L'eetto è più eidente con mezzi molto eloci. Seguendo queto link i può edere un'animazione che piega chiaramente l' eetto doppler.

39 È importante notare che la requenza del uono emeo dalla orgente non cambia. Per comprenderne il unzionamento, conideriamo la eguente analogia: qualcuno lancia una palla ogni econdo nella notra direzione. Aumiamo che le palle iaggino con elocità cotante. Se colui che le lancia è ermo, riceeremo una palla ogni econdo. Ma, e i ta inece muoendo nella notra direzione, ne riceeremo un numero maggiore perché ee aranno meno paziate. Al contrario, e i ta allontanando ne riceeremo di meno. Ciò che cambia è quindi la lunghezza d'onda; come coneguenza, l'altezza del uono percepito cambia.

40 Sorgente in moto - Oeratore ermo Se la orgente è erma λ 0 Se la orgente è in moimento con elocità ero un oeratore tazionario ( 0 o ) l eetto è un accorciamento della lunghezza d onda pari allo potamento della orgente: λ Coneguentemente la requenza percepita dall oeratore è aumentata, inatti: o o > > > 1 λ

41 Viceera e i allontana dall oeratore la lunghezza d onda emea è di più lunga di λ : + + λ Coicché l oeratore percepice una requenza più baa e cioè o + Quindi la relazione generale, che ale quando l oeratore è io e la orgente mobile, è: o

42 Sorgente erma - Oeratore in moto Se l oeratore è ermo λ o Se l oeratore è in moimento con elocità 0 ero la orgente, egli ricee nello teo tempo delle onde in più pari a λ o o, quindi: o o o o o λ λ

43 Viceera e l oeratore i allontana dalla orgente ia, i è un decremento di requenza, corripondente al numero di onde che non riecono a raggiungere l oeratore nell unità di tempo a caua del uo allontanamento: o o o Pertanto la relazione generale, alida quando la orgente è ia e l oeratore i muoe, è: o o ±

44 Sorgente e Oeratore in moto ± λ λ o o o o o ± ±

45 Propagazione di onde uboniche e uperoniche Nello tudio dei lui compreibili appaiono due elocità caratteritiche, la elocità del luido V e la elocità del uono a. Un parametro che allora aume una grande rileanza nel caratterizzare tali lui è dato dal loro rapporto, che prende il nome di numero di Mach: M V / a Sulla bae dei alori del numero di Mach, i lui dei luidi compreibili poono eere claiicati in ubonici (M<1), uperonici (M>1), tranonici(lui in cui eitono zone uboniche e uperoniche), iperonici (M>5)

46 Conideriamo una orgente di diturbo puntiorme che i muoa nel luido in quiete con elocità V cotante. Il diturbo i propaga nel luido in quiete con la elocità del uono a. Ditinguiamo tre cai particolari:

47 V<a, cioè elocità ubonica (M<1) Poiché la elocità della orgente è minore della elocità del uono, i diturbi generati dalla orgente riecono a raggiungere zone a monte della tea.

48 Va, cioè elocità onica (M1) In queto cao, le onde emee a dierenti itanti aranno tutte tangenti tra loro e ad un piano normale alla direzione della corrente, che diide il campo in due regioni: quella dietro al corpo, in cui propagano i diturbi, e quella daanti al corpo nella quale il luido è inditurbato. Una corrente onica, pertanto, non riente della preenza del corpo in quando non inete il corpo teo.

49 V>a, cioè elocità uperonica (M>1) In quet'ultimo cao il diedro i troerà empre daanti ai diturbi emei negli itanti precedenti. Le onde emee ai dieri itanti ono tutte tangenti a due piani paanti per il ertice della orgente. Queti due piani, detti anche onde di Mach, indiiduano un diedro (diedro di Mach) all'interno del quale ono coninati i diturbi, mentre all'eterno il luido è inditurbato. L'angolo di emi-apertura del diedro di Mach prende anch'eo il nome di angolo di Mach.