Liceo Scientifico Severi Salerno

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1 Liceo Scientifico Severi Salerno ESERCITAZIONE FISICA Docente: Pappalardo Vincenzo Data: 3/0/019 Classe: 4D 1. ESERCIZIO Un clacson, considerato come una sorgente puntiforme, suona alla frequenza di 100Hz. Alla distanza di 10 km è appena udibile. Trovare la distanza alla quale inizia a causare dolore (soglia del dolore10db). La soglia del dolore è 10 db, per cui: log I 10log 10 10log I I 10 1 Dalla definizione di intensità sonora ricaviamo che: P 4πr I P 1 4πr dividendo membro a membro I r 1 r Quindi: r 1 r 101 r r m. ESERCIZIO Un diapason viene lasciato cadere liberamente fino a terra, da un altezza di 50m. Un osservatore fermo in cima percepisce una frequenza di 500 Hz quando il diapason tocca terra. Calcolare la frequenza emessa dal diapason. (velocità suono340m/s; g10 m/s ).

2 Innanzitutto calcoliamo la velocità con cui il diapason (la sorgente) tocca terra, applicando le leggi del moto uniformemente accelerato: h 1 gt v gt t h g , s v 10 3, 3 m / s Adesso possiamo applicare la legge dell effetto Doppler (osservatore fermo e sorgente in allontanamento) per determinare la frequenza emessa dal diapason (sorgente): f O V V + v S f S f S V + v S V f O Hz ü ü Vvelocità del suono; v s velocità sorgente; f O frequenza percepita dall osservatore; f S frequenza onda sonora 3. ESERCIZIO Due altoparlanti emettono onde a 800Hz e sono l uno di fronte all altro a distanza di D1.5m. Trovare almeno due punti lungo il segmento che li unisce dove si ha interferenza distruttiva e costruttiva ( velocità del suono343 m/s). soluzione Imponiamo la condizione di interferenza distruttiva nel punto P: Δx (k +1) λ dove : λ v f 343 0, 43 m 800 Poiché: Δx BP AP (D x) x allora: (D x) x (k +1) λ risolvendo l'equazione nell'incognita x x D (k +1)λ 4 x D (k +1)λ 4 k0 x 0, 5 m

3 x D (k +1)λ 4 k1 x 0,30 m Imponiamo, adesso, la condizione di interferenza costruttiva nel punto P: Δx kλ (D x) x kλ risolviamo ripsetto a x x D kλ x D kλ x D kλ k0 x 0, 63 m k1 x 0, 41 m 4. ESERCIZIO Una piastrina d argento (calore specifico argento40 J/kg K) di superficie 5 mm e massa 3g subisce in un secondo l irradiamento di 1 W/m. La pistrina riflette il 90% della radiazione ricevuta. Di quanto varia la sua temperatura? Combiniamo la definizione di irradiamento: E e con quella dell energia (calore) assorbita: E A Δt E mcδt etenendo presente che il 90% della radiazione ricevuta viene riflessa, possiamo calcolare la variazione di temperatura: ΔT 10% E eaδt mc 0,1 1 (, ) K

4 5. ESERCIZIO Un raggio luminoso monocromatico proveniente dall acqua (n11,33) penetra con un angolo di incidenza di 3 in una lastra di materiale vetroso (n1,58) avente uno spessore di 6,00 cm, prima di fuoriuscire in aria. Calcolare: A) l angolo di rifrazione in aria; B) Il tempo impiegato dal raggio luminoso per percorrere la lastra di vetro. A) Calcoliamo l angolo di rifrazione in aria applicando la legge di Snell in presenza di tre materiali: n 1 senα 1 n senα n 3 senα 3 sinα 3 n 1 n 3 senα 1 1,33 1 sen3 0, 705 α 3 44,8 Allo stesso modo l angolo rifratto all interno della lastra di vetro è: sinα n 1 n senα 1 1,33 1, 58 sen3 0, 446 α 3 6, 5 B) Dalla definizione dell indice di rifrazione, ricaviamo la velocità v del raggio luminoso nel vetro: n c v v c n 1, 58 1, m / s Servendoci della trigonometria, ricaviamo lo spazio L percorso dal raggio luminoso nel vetro: d L cosϑ L d cosϑ 0, 06 0, 0654 m cos6, 5 Quindi, il tempo impiegato (moto rettilineo uniforme) dal raggio luminoso per percorrere lo spessore d della lastra di vetro è: Δt d v 0, 06 1, , s

5 6. ESERCIZIO Due sorgenti coerenti emettono luce di lunghezza d onda λ6, m. La luce della seconda sorgente è sfasata di ¼ di lunghezza d onda rispetto alla prima. A) In quali punti si ha interferenza costruttiva?; B) In quali punti si ha interferenza distruttiva? A) Poiché lo sfasamento iniziale tra le due sorgenti è di λ/4, per avere interferenza costruttiva nei punti P 1 e P, si deve porre: Δx S 1 P S P kλ + 1 4k +1 λ λ 4 4 Δx 1 4 λ 1 4 6, , m per k 0 Δx 5 4 λ 5 4 6, , m per k 1 Δx 9 4 λ 9 4 6, , m per k B) Per avere, invece, interferenza distruttiva nei punti P 1 e P, si deve porre: Δx S 1 P S P k + 1 λ λ 4k + 3 λ 4 Δx 3 4 λ 3 4 6, , m per k 0 Δx 7 4 λ 7 4 6, , m per k 1 Δx 11 4 λ , , m per k 7. ESERCIZIO In un esperimento di Young la figura d interferenza di due fenditure, separate di 3,5 µm, si forma su uno schermo posto a,00m di distanza. La luce monocromatica usata ha lunghezza d onda pari a 470 nm. A) Determinare la distanza tra le prime due frange laterali e il massimo centrale; B) Calcolare la distanza tra le prime due frange luminose simmetriche se triplica il rappordo L/d; C) Calcolare la distanza tra le prime due frange luminose se il mezzo in cui si propaga la luce (tra le fenditure e lo schermo) ha indice di rifrazione 1,33.

6 A) Dalla legge dell interferenza, scritta per m1, ricaviamo la distanza tra le prime due frange laterali e il massimo centrale: λ yd ml m1 y λl d , 00 7 cm 3, B) Triplicando il risultato precedente, come richiesto, nonché raddoppiandolo ulteriormente (visto che si richiede la distanza tra due frange simmetriche, una a destra e l altra a sinistra) si ottiene: 6y cm 1, 60 m C) Se l indice di rifrazione del mezzo è 1,33 significa che la velocità della luce in tale mezzo diminuisce e vale: n c v v c n ,33, m / s Pertanto: λ mezzo vt c 1,33 1 f λc/ f λ mezzo λ 1, nm 1,33 La posizione del 1 minimo diventa: y 1mezzo λ mezzo L d , 00 3, m 0 mm Δy 1mezzo m 40, 4 cm Infatti: λ 1 λ 0 n y 1 y 0 n 7 40, 4 cm 1,33