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

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1 Cap. 8 Le onde saperi essenziali 8.1 Le onde Noi siamo continuamente circondati da onde (fig.1) anche se non ce ne accorgiamo. La luce che ci raggiunge da una fonte luminosa è un onda, il suono che ci arriva da una radio o apparecchio TV è anch essa un onda, per non parlare delle onde del mare che sono quelle più facili da visualizzare. Ma cosa è un onda? Immaginiamo una superficie di acqua essa appare perfettamente liscia. Se però vi facciamo cadere una goccia d acqua osserviamo immediatamente delle increspature concentriche che partono dal punto in cui essa è caduta e si allontanano (fig.2). Chiamiamo onde queste oscillazioni che si propagano nell acqua Le onde non trasportano materia Se noi osserviamo una persona che sta pescando possiamo costatare che pur essendoci onde il galleggiante non si sposta in orizzontale. Questo indica che non c è trasporto di acqua perciò l onda trasporta energia ma non materia Definizione di onda Si definisce onda una perturbazione oscillatoria originata da una sorgente che si propaga nello spazio trasportando energia senza un contemporaneo trasporto di materia. 8.2 Caratteristiche di un onda Immaginiamo di attaccare una coda ad un gancio e di prendere l altra estremità e di oscillarla in verticale senza fermarci (fig. 3). Si genera quella che si chiama onda periodica. Si chiamano periodiche quelle onde che si ripresentano identiche dopo un certo periodo di tempo. Di queste onde possiamo individuare parti più elevate e parti più basse. Chiamiamo cresta la parte più alta e ventre la parte più bassa. L insieme di una cresta e di un ventre costituisce un oscillazione Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4 Fig. 5 Fig. 6

2 completa. La distanza fra due creste prende il nome di lunghezza d onda. La massima altezza prende il nome di ampiezza dell onda (fig. 5). Chiamiamo periodo il tempo necessario a compiere un oscillazione completa. Chiamiamo frequenza il numero di oscillazioni che un onda compie in un secondo. La frequenza si misura in hertz (Hz). Si definisce hertz la frequenza di un onda che ha un oscillazione al secondo; Si definisce velocità dell onda il rapporto fra la lunghezza d onda ( ) e il periodo T. 8.3 Onde trasversali Le onde mostrate nella fig. 6 prendono il nome di onde trasversali. Si definiscono trasversali quelle onde che oscillano perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell onda. 8.4 Onde longitudinali (fig.7) Questa volta al muro fissiamo una molla e immaginiamo di prendere l altro estremo e di muoverlo avanti e indietro. Così facendo le particelle della molla oscilleranno nella stessa direzione con cui si propaga l onda generando un onda longitudinale. Si definiscono longitudinali quelle onde che oscillano nella stessa direzione di propagazione dell onda. 8.5 Onde meccaniche Si definiscono onde meccaniche quelle onde che per propagarsi necessitano di in mezzo materiale. Ne sono un esempio le onde del mare, il suono, le onde sismiche (fig.9). 8.6 Onde elettromagnetiche Si definiscono onde elettromagnetiche quelle onde che per propagarsi non necessitano di in mezzo materiale. Fig. 7 Fig. 8 Fig. 9 Fig. 10 Fig.11 Fig. 12 Fig. 13

3 Ne sono un esempio la luce, le onde radio, i raggi X (fig. 10). 8.7 Il suono Si definisce suono l insieme delle onde longitudinali generate da un oggetto che vibra (es. una corda di violino) detto sorgente sonora. Il suono, essendo un onda meccanica non può propagarsi nel vuoto. Per avere un idea di come possa prodursi un suono basta mettere la mano vicino ad un altoparlante di uno stereo, durante la produzione del suono noi sentiamo che l altoparlante vibra e questo produce nell aria zone di compressione e dilatazione che si propagano allontanandosi dalla sorgente (fig. 11) La lunghezza d onda di un onda sonora è data dalla distanza che separa due zone di compressione. 8.8 Velocità del suono La velocità del suono dipende dal mezzo in cui si propaga pertanto essa sarà molto diversa a seconda dei materiali attraversati (fig. 12). In prima approssimazione essa dipende dallo stato fisico del mezzo (solido, liquido e gas) viaggiando più velocemente nei solidi e meno nei gas. 8.9 La frequenza del suono Si definisce frequenza di un suono il numero di lunghezze d onda che attraversano un punto dello spazio in un secondo. (fig. 13) Suono puro e non Quando facciamo vibrare un diapason noi otteniamo un suono puro. Qualsiasi altro strumento musicale però emette un suono in cui insieme alla frequenza fondamentale sono riconoscibili altre onde dette armoniche. In questo caso il suono si dice complesso. Se nell onda sonora non riusciamo a distinguere alcuna regolarità abbiamo il rumore. 8.11Campo di udibilità Noi riusciamo a percepire suoni che vanno da 20 Hz a Hz. È Fig. 14 Fig. 15 Fig. 16 Fig. 17 Fig. 18

4 possibile generare suoni a frequenza minore o maggiore del campo di udibilità (fig. 16). I primi si chiamano infrasuoni mentre i secondi ultrasuoni Volume del suono Le zone di compressione di un onda sonora causano un aumento di pressione, noi percepiamo questo come volume del suono (fig. 17) Decibel Il decibel è un' unità di misura utilizzata per misurare il volume del suono Soglia del dolore Ovunque si sentono suoni, anche il silenzio di un bosco ha i suoi decibel ( 20 db), a questo livello il suono da una sensazione di benessere ma man mano che aumenta il volume si possono avvertire fastidi fino ad arrivare alla soglia del dolore a circa 130 db (fig. 18) Danni da esposizione al rumore I danni biologici da esposizione a rumore eccessivo possono essere diversi: 1. Ipoacusia (diminuzione della capacità di sentire suoni) 2. Disturbi nervosi 3. Disturbi cardiaci 4. Disturbi respiratori 5. Disturbi gestrici 6. Disturbi intestinali Prevenzione Ci sono dei comportamenti che si possono tenere per prevenire i danni da rumore: 1. Isolare le abitazioni attraverso assorbenti acustici se si vive vicino a zone rumorose 2. Evitare luoghi troppo rumorosi 3. Tenere basso il livello di televisori, radio e stereo 4. Usare le apposite cuffie paraorecchie se si lavora in ambienti Fig. 19 Fig. 20 Fig. 21 Fig. 22

5 rumorosi (fig. 19) 8.14 L eco e il rimbombo L'eco è un fenomeno acustico dovuto alla riflessione delle onde sonore da parte di un ostacolo posto ad una distanza maggiore di 17 metri. Se la distanza è minore si udirà solo un fastidioso rimbombo. Questo fenomeno di riflessione delle onde sonore viene anche sfruttato in alcuni strumenti come il sonar (fig. 21) e gli strumenti per ecografia (fig. 22) L effetto doppler L'effetto Doppler è un cambiamento apparente della frequenza o della lunghezza d onda che dipende dal moto fra sorgente sonora e osservatore. Tutti quanti abbiamo sentito che la sirena di un ambulanza produce un suono più acuto mentre si avvicina e un suono più grave mentre si allontana (fig. 23) Il muro del suono e il bang supersonico Si parla di muro del suono perché la resistenza dell aria aumenta sempre di più con l aumentare della velocità dell aereo, e diventa elevatissima (quasi una barriera fisica) quando la velocità si approssima a Mach 1 (una velocità uguale a quella del suono). Quando si raggiunge questa velocità le molecole d aria non fanno più in tempo a spostarsi per lasciare spazio all aereo e vengono urtate, provocando il famoso fenomeno del bang sonico. Qualche anno fa Leonard Weinstein, della Nasa, fotografò l onda d urto sfruttando il diverso modo in cui la luce attraversa gli strati d aria a seconda della loro densità. Fig. 23 Fig. 24 Fig. 25 Fig. 26