LE ONDE nella Fisica classica

Transcript

1 LE ONDE nella Fisica classica Le onde costituiscono un trasporto di energia da un punto a un altro, senza spostamento di materia. Caratteri principali: Lunghezza d onda: Distanza percorsa dall onda durante una oscillazione Periodo: Tempo impiegato dall onda a compiere una oscillazione Frequenza: Numero di oscillazioni compiute in un secondo Ampiezza: Massimo spostamento dell onda dalla posizione di equilibrio Velocità di propagazione: Dipende dal tipo di onda e dal mezzo in cui si propaga Onde nella Fisica classica Onde meccaniche (necessitano di un mezzo per propagarsi. Es.: onde marine) Onde elettromagnetiche (si propagano anche nel vuoto. Es.: luce) Onde trasversali (oscillano ad angolo retto rispetto alla direzione in cui si propagano. Es.: luce) Onde longitudinali (oscillano nella stessa direzione in cui si propagano. Es.: suono)

2 Onde meccaniche: LE ONDE SONORE Le onde sonore sono onde meccaniche con frequenza compresa fra 20 Hz e Hz: tale è l'intervallo udibile dall'orecchio umano. All'aumentare della frequenza aumenta l'altezza del suono. Onde di frequenza inferiore a 20 Hz si dicono infrasuoni, se superiore a Hz ultrasuoni. Il suono è costituito da onde longitudinali generate da un oggetto che vibra (la sorgente sonora), come la corda di una chitarra, le corde vocali umane o la membrana di un altoparlante. Il suono può essere generato e trasmesso solo in un mezzo materiale: nel vuoto nessun suono può propagarsi.

3 Onde meccaniche: LE ONDE SISMICHE Sono onde meccaniche che si propagano attraverso il globo terrestre generate da un terremoto, da attività vulcanica o artificialmente ad opera dell'uomo tramite un'esplosione o un'altra forma di energizzazione del terreno. Tracciato di un onda sismica su un sismografo Onde P (longitudinali) Si propagano più velocemente e in ogni mezzo Onde S (trasversali) Sono più lente e non attraversano i fluidi Ipocentro: punto sotto la crosta terrestre da cui il sisma ha origine Epicentro: punto sulla superficie terrestre posto sulla verticale dell ipocentro.

4 Onde meccaniche: LE ONDE DEL MARE A parte i casi di tsunami dovuti a eventi estremi, le onde si originano al largo, principalmente a causa del vento che soffia sulla superficie del mare. Il processo è lento e ha bisogno di tempo e spazio per svilupparsi. Partendo da una superficie del mare piatta, il vento inizia a trascinare gli strati superiori per effetto dell attrito. Se il vento aumenta e continua con la sua azione di trascinamento, l onda tende ad aumentare in altezza; ma il fenomeno non può crescere in modo indefinito: c è una pendenza limite oltre la quale l onda frange. Questo processo aumenta l efficienza di trasferimento di energia tra atmosfera e mare, portando progressivamente a onde più lunghe e più alte. Quando si avvicinano a riva e la profondità del mare diventa inferiore alla lunghezza d onda, non possono più propagarsi con la stessa velocità con cui si diffondono in mare profondo. Esiste una velocità limite oltre la quale non possono andare. La riduzione della velocità implica una crescita dell ampiezza e della pendenza: raggiunto il valore di pendenza si ha il frangimento. Se la riduzione della profondità è repentina, l aumento dell altezza d onda diventa notevole e il conseguente frangimento è particolarmente violento, portando alla dissipazione di tutto il contenuto energetico dell onda.

5 Onde Elettromagnetiche: LO SPETTRO Sono onde trasversali, costituite dall oscillazione di campi Elettrici e Magnetici perpendicolari tra loro. La velocità di propagazione di queste onde è pari a C (velocità della luce = km/s) Le onde EM vengono classificate, in base alla frequenza, in alcune categorie: 1. Onde radio / microonde 2. Raggi Infrarossi 3. Luce visibile 4. Raggi Ultravioletti 5. Raggi X 6. Raggi Gamma (γ) 7. Raggi cosmici All aumentare della frequenza (in figura, spostandoci da sinistra a destra) aumenta anche l energia trasportata dall onda.

6 Onde Elettromagnetiche: LA LUCE Il termine luce (dal latino lux) si riferisce alla porzione dello spettro elettromagnetico visibile dall'occhio umano, approssimativamente compresa tra 400 e 700 nanometri (nm) di lunghezza d'onda, ovvero tra 790 e 435 TeraHertz (THz) di frequenza. 1 nanometro = 1 miliardesimo di metro = 10-9 m 1 TeraHertz = 1000 miliardi di oscillazioni al secondo LUCE VISIBILE Effetto di un prisma sulla luce bianca: questa si scompone nelle sue diverse componenti cromatiche (spettro della luce visibile), perché il prisma le devia con angoli diversi rispetto alla direzione originale di provenienza.

7 Onde Elettromagnetiche: MA COSA VIBRA REALMENTE? In un onda elettromagnetica a vibrare non è un materiale come l aria (onde sonore) o il terreno (onde sismiche), ma sono due campi: quello elettrico e quello magnetico, tra loro perpendicolari. Un campo elettromagnetico è una sorta di perturbazione nello spazio: se le cariche elettriche che lo generano sono accelerate si producono onde che viaggiano alla velocità della luce. Nelle figure sottostanti, due esempi di campi costanti nel tempo: Campo elettrico statico (due cariche opposte) Campo magnetico statico (calamita)

8 L INTERFERENZA È un fenomeno che si verifica quando due o più onde si incontrano in uno stesso punto: L interferenza può essere costruttiva (se la cresta di un onda incontra quella dell altra, l energia si rafforza in quel punto) o distruttiva (se l incontro avviene tra una cresta e un valle, l energia si smorza)