Onde. ONDA: Perturbazione di una grandezza fisica che si propaga nello spazio.

Documenti analoghi
Le onde. Definizione e classificazione

Appunti di Fisica. Le onde meccaniche

Onde. si definisce onda una perturbazione che si propaga. Non si ha propagazione di materia ma solo di energia

Formulario di Onde. 2(1 + ν) 3(1 2ν) V V. O.2 Equazione delle onde (equazione di d Alembert) in tre dimensioni

ONDE. Propagazione di energia senza propagazione di materia. Una perturbazione viene trasmessa ma l acqua non si sposta

Appunti della lezione sulla Equazione Differenziale delle Onde

FISICA APPLICATA 2 FENOMENI ONDULATORI - 1

Problemi di Fisica. ONDE Moto Ondulatorio

Microscopio composto

nelcasodigasoliquidi,chenonpossiedonoresistenzaelasticaagli dell onda che si propaga, per cui si parla di onde longitudinali;

Onde. Perturbazioni dello stato di un corpo o di un campo che si propagano nello spazio con trasporto di energia ma senza trasporto di materia.

Corso di Laurea in LOGOPEDIA FISICA ACUSTICA ONDE (ARMONICHE)

Onde. Antonio Pierro. Per consigli, suggerimenti, eventuali errori o altro potete scrivere una a antonio.pierro[at]gmail.com

- hanno bisogno di un mezzo elastico per propagarsi

Caratterizzazione delle onde: lunghezza d onda, velocità, frequenza, periodo

Formulario di onde e oscillazioni

OSCILLATORE ARMONICO SEMPLICE

Fondamenti di fisica

LE ONDE. Le onde. pag.1

Il suono è dovuto alla vibrazione di un corpo elastico Le vibrazioni sono rapidi movimenti di oscillazione del corpo intorno ad una posizione di

CORSO DI FISICA TECNICA 2 AA 2013/14 ACUSTICA. Lezione n 1: Fenomeno sonoro. Ing. Oreste Boccia 1

Applicazioni delle leggi della meccanica: moto armnico

Il legame fra la velocità la lunghezza d'onda e la frequenza di un'onda è dato dall'equazione:

Dipartimento di Fisica a.a. 2004/2005 Fisica Medica 2 Ultrasuoni 7/3/2005

Oscillazioni. Definizioni Mo/ armonici Propagazione delle onde

suoni udibili Frequenze fra 20 Hz e Hz

Microscopio composto

Capitolo 12. Moto oscillatorio

Introduzione all esperienza sul Tubo di Kundt

Classificazione delle onde

Elasticità e onde Caratteristica di elasticità di un corpo

FAM. 2. Calcola l intensità media Ī nel caso di un onda piana (longitudinale) e nel caso di un onda sferica ad una distanza di 100m dalla sorgente.

IL MOTO ARMONICO QUALCHE RIMANDO ALLA FORZA CENTRIPETA E AL MOTO CIRCOLARE

ONDE ELETTROMAGNETICHE

Oscillazioni. Fig.1 La molla ideale a riposo ha lunghezza l 0

Formulario Meccanica

Onde. Perturbazioni dello stato di un corpo o di un campo che si propagano nello spazio con trasporto di energia ma senza trasporto di materia.

FENOMENI ONDULATORI G. ROBERTI

Corso di Onde e Oscillazioni (Calo Pagani) Esercizi e temi d esame sulle onde meccaniche

ELEMENTI DI ACUSTICA 02

La natura fisica del suono

Origine fisica di equazioni alle derivate parziali

Appunti sul moto circolare uniforme e sul moto armonico- Fabbri Mariagrazia

Capitolo 4. Onde Acustiche. 4.1 Onde acustiche in una colonna di gas

Caratteristiche energetiche di un onda

Oscillazioni. Si produce un oscillazione quando un sistema viene perturbato rispetto a una posizione di equilibrio stabile

Fig. 1. Fig. 2. Fig. 3. Fig. 4. Fig. 5. Fig. 6

TENSIOATTIVI E RESPIRAZIONE (1)

Onde elettromagnetiche

La natura fisica del suono

Diffusione dei raggi X da parte di un elettrone

Esercitazioni del corso di Meccanica e Onde - Parte 2 v2008p2.1

Un onda elastica è una perturbazione che si propaga in un mezzo elastico senza movimento di materia

Errata Corrige. Quesiti di Fisica Generale

Elementi di acustica architettonica. Prof. Ing. Cesare Boffa

Lezione 21 - Onde elettromagnetiche

MISURA DELLE FREQUENZE DI RISONANZA DI UN TUBO SONORO

Unità didattica 3. Terza unità didattica (Fisica) 1. Corso integrato di Matematica e Fisica per il Corso di Farmacia

Ottica fisica. Marcello Borromeo corso di Fisica per Farmacia - Anno Accademico

ONDE ELASTICHE (ACUSTICHE-SUONO)

Conoscenze FISICA LES CLASSE TERZA SAPERI MINIMI

IL SUONO E GLI ULTRASUONI DI MARIANGELA MONE

Concorso di ammissione al primo anno, a.a. 2006/07 Prova scritta di fisica

Onde e oscillazioni. Fabio Peron. Onde e oscillazioni. Le grandezze che caratterizzano le onde

Teoria cinetica dei Gas. Gas Ideali Velocità quadratica media Termodinamica dei gas ideali

Dinamica del punto materiale

Studi di Pisa, ha tenuto una lezione sul suono presso il Liceo Classico Andrea da Pontedera.

Ricordiamo ora che a è legata ad x (derivata seconda) ed otteniamo

Esercizi di Fisica LB - Ottica: polarizzazione e diffrazione

5.4 Larghezza naturale di una riga

Lezione 8: Sistemi ad un grado di libertà: l oscillatore elementare (8)

L ATOMO SECONDO LA MECCANICA ONDULATORIA IL DUALISMO ONDA-PARTICELLA. (Plank Einstein)

ONDE PROGRESSIVE E REGRESSIVE, ONDE STAZIONARIE

Lavoro di FISICA LICEO SCIENTIFICO italo-inglese classe IV N- Per studenti che hanno frequentato all estero

FISICA per SCIENZE BIOLOGICHE, A.A. 2007/2008 Appello straordinario del 28 maggio 2008

Cognome...Nome...matricola...

Indice. Fisica: una introduzione. Il moto in due dimensioni. Moto rettilineo. Le leggi del moto di Newton

LE ONDE nella Fisica classica

Es) Due sorgenti di onde elettromagnetiche interferiscono tra loro. Qual è e in che direzione viene irraggiata l intensità massima

FISICA Onde IL SUONO Autore: prof. Pappalardo Vincenzo docente di Matematica e Fisica

Audio Digitale. Cenni sulle onde. Multimedia 1

STUDIO E PROGETTAZIONE DI METAMATERIALI ACUSTICI PER APPLICAZIONI MILITARI. Dott. GAETANO STEFANO MASI

Unità didattica 2. Seconda unità didattica (Fisica) 1. Corso integrato di Matematica e Fisica per il Corso di Farmacia

Lezione 12 Tensione superficiale. Deformabilità.

a.a. 2005/2006 Laurea Specialistica in Fisica Corso di Fisica Medica 1 Ricezione del suono 21/3/2006

7. Forze elastiche. Nella figura 1 il periodo è T = 2s e corrisponde ad un moto unidimensionale limitato tra i valori x = 0 ed x = 1.

Luce e onde elettromagnetiche

Progetto energetico e del controllo ambientale

FENOMENI ONDULATORI FENOMENI ONDULATORI. Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, Dip. Fisica nucleare e teorica

Inquinamento acustico

PROGRAMMA DI FISICA CLASSE III F a.s. 2014/2015

Il fenomeno luminoso

FISICA. Lezione n. 5 (2 ore) Gianluca Colò Dipartimento di Fisica sede Via Celoria 16, Milano

ESAME DI AERODINAMICA 12/12/2006

Onde e ottica. Ø Onde. Ø Ottica

Energia del campo elettromagnetico

Dott. Gianni Gobbi S.C. di Fisica Sanitaria Azienda Ospedaliera di Perugia

Meccanica del punto materiale

approfondimento Cinematica ed energia di rotazione equilibrio statico di un corpo esteso conservazione del momento angolare

I FENOMENI DEL SUONO RIFLESSIONE RIFRAZIONE INTERFERENZA DIFFRAZIONE EFFETTO DOPPLER BANG SUPER SONICO

Transcript:

Onde ONDA: Perturbazione di una grandezza fisica che si propaga nello spazio. La propagazione di onde meccaniche aiene attraerso un mezzo materiale che ne determina caratteristiche e elocità. Esempi: Onde sulla superficie di un liquido (es. onde marine) Onde sonore nell aria (suono) o in un solido Onde in una corda tesa Le onde elettromagnetiche (es. luce, onde radio), che saranno trattate nei corsi successii, possono propagarsi anche nel uoto. Si tratta sempre di perturbazioni, in questo caso del campo elettrico e del campo magnetico A. Romero Scmat-Onde 1

Esempio: onda impulsia in una corda tesa Perturbazione = cambiamento di forma t La elocità di propagazione dipende dalle proprietà del mezzo: in questo caso, dalla tensione della corda e dalla sua densità lineare: = T ρ l A. Romero Scmat-Onde

Tipi di onde Onda longitudinale: perturbazione lungo la direzione di propagazione Esempio: onde sonore Direzione di propagazione Onda trasersale: perturbazione perpendicolare alla direzione di propagazione Esempio: corda tesa Direzione di propagazione Onda sia longitudinale che trasersale (onda marina): particelle di acqua hanno traiettoria ellittica con componente trasersale e longitudinale A. Romero Scmat-Onde 3

Il caso della corda tesa Per piccoli spostamenti ds: cosα 1 ; cosα 1 sinα α tgα ; sinα α tgα Considero un elemento di corda dl, con tensione T tg α ~ ds/dx F y è anche legata all accelerazione di dl dalla legge di Newton. Massa dell elemento dl: dm ~ ρ l dx perturbazione = spostamento ds forze risultanti: F x = T(cosα cosα) F y = T(sinα sinα) F x = 0 F y = T (tgα' tgα) = T (tgα) dx x s F y = T dx x s Fy = ( dm) ay = ρldx t s T s = uguaglio t ρ x l T Posto = : s s ρ l = 0 t x A. Romero Scmat-Onde 4

Equazione delle onde (di D Alembert): ξ t ξ x Equazione alida in generale per tutte le onde piane. ξ(x,t) rappresenta la perturbazione in un dato punto x al tempo t. Esempi: Spostamento s di un punto di una corda tesa dalla posizione di riposo Spostamento delle molecole d aria (o ariazione della pressione p) nel caso delle onde sonore = 0 Soluzioni: funzioni del tipo: ξ(x,t) = ξ(x t) ξ(x,t) = ξ(x + t) propagazione erso destra propagazione erso sinistra Queste rappresentano funzioni che traslano nel tempo lungo l asse x con elocità : t=0 y=ξ(x) (profilo dell onda) y' = y x' = x t tempo t: nel S.R. O : ho: y =ξ(x ) stessa forma A. Romero Scmat-Onde 5

Principio di sorapposizione La sorapposizione di due onde è ancora un onda che è, in ogni istante, la somma delle singole onde in ogni punto. Esempi: ξ (x,t) = ξ 1 (x t) + ξ (x + t) ξ 1 ξ Corda orizzontale, ma non a riposo! t t ξ ξ 1 A. Romero Scmat-Onde 6

Velocità di propagazione Dipende dalle proprietà elastiche ed inerziali del mezzo NON dipende dalla elocità della sorgente Corda tesa (onda trasersale, esempio precedente) = T ρl Tensione della corda (proprietà elastica del mezzo) Massa per unità di lunghezza (proprietà inerziale del mezzo) Sbarra metallica (onda longitudinale, di compressione) = E ρ Modulo di Young (proprietà elastica) Densità (proprietà inerziale) E = F S dl L Gas (onda longitudinale) = β ρ Modulo di compressione del gas, (proprietà elastica) Densità (proprietà inerziale) β = dp V dv A. Romero Scmat-Onde 7

Onde Armoniche Una funzione d onda particolarmente importante: ξ(x,t) = A sin k(x t) Definita pulsazione ω = k si scrie anche: k si definisce numero d onda A si definisce ampiezza ξ(x,t) = A sin (kx ωt) Funzione periodica sia nel tempo che nello spazio: Ha periodicità spaziale λ lunghezza d onda; cioè ξ(x,t) = ξ(x+λ,t) kλ = π k = π/λ Ha periodicità temporale T periodo; cioè ξ(x,t) = ξ(x,t+t) ωt = π ω = π/t πν ν=1/τ si definisce frequenza dell onda Relazioni fra λ, ν,t e : λ = T (λ è il percorso nel tempo T) λν = A. Romero Scmat-Onde 8

Onde Armoniche ξ(x,t) = A sin (kx ωt) Fissato t, ξ(x) = A sin (kx cost.) è il profilo dell onda nello spazio, in quell istante t: sinusoide di ampiezza A e periodo λ ξ A Fissato x, ξ(x) = A sin k(cost. ωt) rappresenta il moto di un singolo punto nel tempo: moto armonico ξ x A. Romero Scmat-Onde 9

Fronti d ondad L argomento della funzione d onda φ(x,t) = kx ωt si chiama fase dell onda. Fronti d onda : insieme di tutti i punti dello spazio in cui l onda ha la stessa fase In 1D sono punti In D sono circonferenze In 3D sono superfici sferiche Onde sulla superficie di un liquido A grande distanza: Fronti d onda lineari Fronti d onda piani A. Romero Scmat-Onde 10

Propagazione dell energia energia Un onda trasporta ENERGIA senza trasportare materia Si hanno solo oscillazioni locali intorno alla posizione di equilibrio La potenza media trasportata (energia che fluisce per unità di tempo) è proporzionale al quadrato della pulsazione ω e dell ampiezza A: P m Intensità dell onda: energia media trasportata nell unità di tempo attraerso l unità di area normale alla direzione di propagazione I Sorgente puntiforme di potenza P, che emette onde sferiche in 3D: ad una distanza r, la potenza è distribuita sulla superficie Σ= 4 π r I 1/r ω A ( E / t) media P = (W/m ) Σ Σ = m A. Romero Scmat-Onde 11

Onde sonore armoniche Vibrazione di un diaframma con moto armonico: s s = spostamento (longitudinale cioè sull asse x) delle molecole d aria dalla posizione d equilibrio Schematizzazione: Posizione a riposo Effetto dello spostamento Densità risultante p Onda di pressione sfasata di 90 A. Romero Scmat-Onde 1

Intensità del suono Intensità del suono: I = 1 ρω s 0 I s 0 Caratteristiche dell orecchio umano Soglia di udibilità: I 0 = 10-1 W/m (p 0 =.9 10-1 Pa) Soglia del dolore: I = 1 W/m (p 0 =.9 Pa) (1 atm= 1,01 10 5 Pa) Liello sonoro in decibel (db): A. Romero Scmat-Onde 13

Intensità delle onde sonore A. Romero Scmat-Onde 14

Esempio Un cane abbaia con potenza sonora P = 1 mw. Supponendo una distribuzione uniforme di potenza, quale liello di intensità sonora ho a 5 m di distanza? Soluzione: Alla distanza r = 5 m, Σ = 4πr I = P/4πr = 10 3 W/(4π 5 m ) = 3,18 10-6 W/m β = 10 log(3,18 10 6 /10 1 ) = 65 db A. Romero Scmat-Onde 15

Effetto Doppler La sorgente ferma emette un onda di lunghezza d onda λ 0 che si propaga a elocità Il rielatore fermo ede le onde arriare con le stesse λ 0 e, quindi rilea la frequenza: ν R = = λ 0 ν 0 λ 0 + s T λ 0 s T Sorgente in moto erso il riceitore con elocità S La elocità dell onda continua ad essere. In un periodo T, la sorgente si sposta di S T la lunghezza d onda dienta λ R = λ 0 S T Il rielatore fermo ede le onde arriare con λ R e, quindi rilea la frequenza: ν R = λ A. Romero Scmat-Onde 16 R = λ 0 S T = S ν 0

Effetto Doppler R Sorgente ferma, riceitore in moto con elocità R La elocità dell onda continua ad essere ; ma nel S.R. dell osseratore in moto è R Il rielatore in moto ede le onde arriare con λ 0 e R, quindi rilea la frequenza: ν R = λ 0 R = R ν 0 Formula generale: R 0 ν = R S ν A. Romero Scmat-Onde 17

Onda d urto Se la sorgente è più eloce della elocità dell onda ( S > ), supera le onde che produce. Non c è effetto Doppler ma: Iniluppo dei fronti = onda d urto In un tempo t si ha che: la sorgente si è spostata di S 1 S = S t il fronte d onda prodotto in S 1 ha percorso il tratto S 1 S 1 = t = S 1 S cosθ cosθ = s Esempi: Aerei supersonici (=343 m/s =135 km/h) Scia a V generata da un motoscafo A. Romero Scmat-Onde 18

Interferenza di Onde Armoniche Due sorgenti identiche S 1 ed S emettono onde armoniche. in un punto P le due onde sono: s 1 (x,t) = A sin (kx 1 ωt) s (x,t) = A sin (kx ωt) L onda risultante è, per il principio di sorapposizione: s (x,t) = s 1 (x,t) + s 1 (x,t) = A [sin (kx 1 ωt) + sin (kx ωt)] Dalle formule di prostaferesi: s (x,t) = k(x1 x ) Acos x1 + x sin k ωt Ampiezza risultante nel punto P dipende dalla differenza delle fasi di s 1 ed s : φ = φ 1 φ = (kx 1 ωt) - (kx ωt) = k(x 1 x ) k(x1 x ) φ s0 = Acos = Acos A. Romero Scmat-Onde 19

Interferenza di Onde Armoniche Ampiezza risultante s 0 k( x1 x) φ = Acos = Acos x Onde in fase si sommano: s 0 = A Interferenza costruttia φ = πn, n = 0, 1, Oero: x = nλ Onde in opposizione di fase: s 0 = 0 Interferenza distruttia φ = (m+1) π, m = 0, 1, λ Oero: x = (m + 1) A. Romero Scmat-Onde 0 x

Interferenza di onde bidimensionali A. Romero Scmat-Onde 1

Onde stazionarie Considero la somma di onde con la stessa ω che si propagano in direzione opposta. Esempio: onda riflessa all estremo fisso di una corda tesa ONDA INCIDENTE s I (x,t) = A sin (kx ωt) ONDA RIFLESSA s R (x,t) = A sin (kx + ωt) ONDA RISULTANTE s (x,t) = s I (x,t) + s R (x,t) = A sin kx cos ωt Oscillazioni armoniche di ampiezza A sin kx. Non ho più propagazione Nodi: sin kx = 0 kx = nπ x = n n = 0, 1,, λ Ventri: sin kx = 1 π λ kx = ( m + 1) x = (m + 1) 4 m = 0, 1,, A. Romero Scmat-Onde

Corda con estremi fissi ν 1 ν ν 3 ν 4 ν 5 Entrambi gli estremi deono essere nodi: λ L = n = n ν ν n = n L n = 1,, Solo alcune frequenze sono possibili: Serie armonica L Onda stazionaria: effetto di riflessioni multiple + interferenza è confinata in regione di spazio limitata Energia localizzata, non si propaga ma staziona in regioni ben definite A. Romero Scmat-Onde 3

Onde stazionarie in una colonna di gas Canna d organo aperta: deo aere entri dell onda di spostamento ai estremi Nodi dell onda di pressione (sfasata di π/) : analogo della corda ν n = n L n = 1,, Canna d organo chiusa: deo aere nodo dell onda di spostamento all estremo chiuso entre dell onda di pressione: kl = (m + 1) π ν m = (m + 1) m = 0,1,, A. Romero Scmat-Onde 4 4L

Battimenti Interferenza di due onde con frequenze icine: fissato un punto dello spazio, ho composizione di oscillazioni armoniche (edi lezione su Oscillazioni) = A ( t ) ( t ) = A ( ω t ) s1 ( t ) sin ω 1 s sin s ( t ) = s1 ( t ) + s ( t ) = A( t ) sen ω t = A cos Ω t ω ω 1 + ω 1 ω Ω = ω = sen ω t Risultato: suono di frequenza ν = (ν 1 +ν )/ di intensità che aria nel tempo: I = I max cos Ωt frequenza di battimento ν = ν 1 ν T b 1 = ν 1 ν Esempio: accordatura di una chitarra con il diapason A. Romero Scmat-Onde 5