- hanno bisogno di un mezzo elastico per propagarsi

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3 Tratteremo principalmente di ONDE MECCANICHE: propagazioni di vibrazioni meccaniche del mezzo considerato - hanno bisogno di un mezzo elastico per propagarsi - propagazione di una perturbazione di natura meccanica, con trasporto solo di energia e non di materia. - il mezzo elastico subisce alternativamente compressioni e rarefazioni dando luogo alla propagazione dell'onda.

4 Classificazione delle onde Le onde in base al loro meccanismo di propagazione possono essere classificate in : longitudinali quando l oscillazione della particella avviene nella stessa direzione di propagazione dell onda (es.onde sonore nei fluidi) trasversali quando l oscillazione della particella è perpendicolare alla direzione di propagazione dell onda (es.corda tesa pizzicata) unidimensionali interessano i punti di una linea (es.onde su una corda) bidimensionali su una superficie (es. sulla superficie dell'acqua) tridimensionali in ciascuna direzione.

5 FRONTE D'ONDA: il luogo dei punti che vibrano concordemente, in essi lo spostamento dalla posizione di equilibrio, in ogni istante, assume lo stesso valore. ONDE CIRCOLARI = i fronti d'onda sono delle circonferenze. ONDE RETTILINEE = i fronti d'onda sono linee parallele. ONDE SFERICHE = i fronti d'onda hanno forma sferica. ONDE PIANE = i fronti d'onda sono piani paralleli fra loro.

6 GRANDEZZE CARATTERISTICHE DELLE ONDE PERIODO (T) = il più piccolo intervallo di tempo dopo il quale l'onda riassume le stesse caratteristiche in ogni punto del mezzo in cui si propaga. FREQUENZA (ν) = il numero di oscillazioni complete in un secondo (ν = 1/T) [Hz]. LUNGHEZZA D'ONDA(λ) = distanza percorsa dall'onda in un periodo. AMPIEZZA = il massimo spostamento dalla posizione di equilibrio. DIREZIONE di PROPAGAZIONE è rappresentata dai raggi uscenti dal punto in cui le onde hanno origine. L'onda viene definita tramite una EQUAZIONE, che permette di calcolare in ogni istante lo spostamento dalla posizione di equilibrio di un qualsiasi punto del mezzo elastico.

7 EQUAZIONE DI UN' ONDA SINUSOIDALE k = 2π/λ numero d'onde; ω= pulsazione dell'onda

8 VELOCITA' DI PROPAGAZIONE o DI FASE Velocità di fase perchè λ è la distanza tra due punti che vibrano con una differenza di fase di 2π.

9 Fenomeni di propagazione delle onde La RIFLESSIONE è provocata quando un'onda incontra un ostacolo.

10 Fenomeni di propagazione delle onde La RIFRAZIONE è provocata quando un'onda attraversa la superficie di separazione di due mezzi caratterizzati da diverse velocità di propagazione Cost. n2/n1= n12 indice di rifrazione relativo del secondo (2) mezzo rispetto al primo (1). Assoluto è l'indice di rifrazione del mezzo considerato rispetto al vuoto.

11 Fenomeni di propagazione delle onde La RIFRAZIONE è provocata quando un'onda attraversa la superficie di separazione di due mezzi caratterizzati da diverse velocità di propagazione Cost.

12 Si ha riflessione totale quando il raggio rifratto emerge radente la superficie di separazione dei due mezzi, cioè l'angolo di rifrazione θ 2 è 90 (sen90 =1). = = = Angolo limite

13 Fenomeni di propagazione delle onde PRINCIPIO di HUYGENS Ogni punto che si trova su un fronte d'onda ad un certo istante può essere considerato come sorgente di onde sferiche secondarie aventi la stessa frequenza dell'onda primitiva. Il nuovo fronte d'onda si ottiene dall'inviluppo delle onde secondarie. Costruzione dei fronti d'onda successivi a partire da un fronte d'onda precedente.

14 Fenomeni di propagazione delle onde La DIFFRAZIONE è provocata quando un'onda incontra un ostacolo munito di un foro o una piccola fenditura. Caso (a): la dimensione della fenditura è più piccola o confrontabile con λ. Se la fenditura è più grande di λ il fenomeno della diffrazione diventa quasi trascurabile.

15 Fenomeni di propagazione delle onde La DIFFRAZIONE è provocata quando un'onda incontra un ostacolo munito di un foro o una piccola fenditura.

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17 IL SUONO Si odono suoni quando la frequenza dell'onda è compresa tra circa 16 Hz e Hz (intervallo di sensibilità dell'orecchio umano, la sensibilità diminuisce con l'età e la perdita riguarda soprattutto le frequenze più elevate). INFRASUONI: onde di frequenza inferiore a 16 Hz. ULTRASUONI: onde di frequenza superiore a 20000Hz.

18 IL SUONO Intensità (I) = la quantità di energia che nell'unità di tempo attraversa l'unità di superficie normale alla direzione di propagazione. I = E/St= P/S [W/m 2 ] E= energia emessa dalla sorgente sonora nel tempo t. S=superficie perpendicolare alla direzione di propagazione. P= potenza di emissione del suono. L'intensità del suono è inversamente proporzionale al quadrato della distanza dalla sorgente. Intorno a 1W/m 2 si raggiunge la soglia del dolore.

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20 Si propagano anche nel vuoto, NON sono MECCANICHE. Onde trasversali= l'oscillazione del campo elettrico E e magnetico B è perpendicolare alla direzione di propagazione dell'onda e.m.

21 I campi E e B si presentano come onde armoniche trasversali che si propagano nel vuoto con velocità c, e in un mezzo qualsiasi con velocità v < c.

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23 SPETTRO onde e.m. l'insieme delle frequenze delle onde e.m. Spettro visibile= limitata banda di frequenze alle quali l'occhio è sensibile. Queste frequenze sono percepite come colori.

24 DISPERSIONE della luce: evidenza della distribuzione delle componenti monocromatiche della luce. L'angolo di incidenza della luce bianca è unico, quello di rifrazione varia con il colore (diminuisce dal rosso al violetto). I vari raggi monocromatici rifratti non hanno lo stesso indice di rifrazione. L'indice di rifrazione oltre che dalla natura del mezzo dipende anche dalla λ della luce.

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27 Gli ultrasuoni nella diagnostica medica

28 L uso degli ultrasuoni in medicina a scopo diagnostico risale al 1949 con la prima scansione ad opera dell austriaco Karl Dussik. Stime del 2003 rivelano che il 25% delle immagini per uso diagnostico sono realizzate mediante ecografia. L ecografia è divenuta negli anni parte indispensabile dell iter diagnostico delle patologie dei tessuti molli.

29 Principi Fisici di Base Gli ultrasuoni sono onde elastiche e sonore con frequenza > khz che propagandosi in un mezzo producono delle bande di compressione e rarefazione. La tecnica US è resa possibile dalla limitata velocità di propagazione delle onde acustiche nei tessuti molli, che consente di misurare i tempi di propagazione. La velocità di propagazione degli US è data da: v = λf Nei tessuti biologici è circa 1540 m/s eccetto l osso la cui ν = 4000 m/s Z = ρv L impedenza acustica

30 Materiale Densità (kg/m³) Velocità (m/s) Aria Acqua Mercurio Valore medio tessuto umano Fegato Muscolo Grasso Cervello Rene Milza Sangue Osso Polmone

31 Principi Fisici di Base Propagazione US all interfaccia i r Onda Incidente Onda Trasmessa o Rifratta Onda Riflessa a t L impedenza ci permette di calcolare la frazione della perturbazione che viene riflessa o trasmessa

32 Principi Fisici di Base Attenuazione L intensità di un fascio ultrasonoro decresce progressivamente nel progredire dello stesso all interno dei tessuti. Nella progressione degli US nel mezzo l energia assorbita dai tessuti attraversati viene convertita in calore. tessuto A( db) 10 log10 I I f i TESINA FISICA

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35 L impedenza acustica è la proprietà che ci permette di distinguere i diversi tessuti.