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Lezioni sulleONDE
Laboratorio di fisica - ITIS
Lezioni sulle onde
Lezioni sulleONDE
Laboratorio di fisica - ITIS
Deve essere trasportataDeve essere trasportatada chi invia a chi riceveda chi invia a chi riceve
Esempi :Esempi :1- Ad un amico si parla1- Ad un amico si parla2- Ad un amico, se e lontano si telefona2- Ad un amico, se e lontano si telefona3- Oppure si scrive una lettera3- Oppure si scrive una lettera4- Le torri di controllo comunicano via radio 4- Le torri di controllo comunicano via radio con i piloticon i piloti5- La luce verde del semaforo indica “via libera” 5- La luce verde del semaforo indica “via libera” 6- Il clacson avverte un pedone distratto6- Il clacson avverte un pedone distratto
A) - Trasporto di energia accompagnato da trasporto A) - Trasporto di energia accompagnato da trasporto di materia di materia
Trasmissione meccanicaTrasmissione meccanica
B) - Trasporto di energia senza trasporto di B) - Trasporto di energia senza trasporto di materiamateria
Trasmissione per ondeTrasmissione per onde
RICEVITORERICEVITORESORGENTESORGENTE
L’ENERGIA TRASPORTATA DA ONDE
Ogni “messaggio” contiene una Ogni “messaggio” contiene una certa quantità di energia.certa quantità di energia.
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Fenomeno di perturbazione che trasporta Fenomeno di perturbazione che trasporta energia senza trasportare materia. energia senza trasportare materia.
AcusticiAcusticiluminosiluminositelefonicitelefoniciradiofoniciradiofonicitelevisivitelevisivi
Viviamo in un mondo pieno di fenomeni ondulatori: Viviamo in un mondo pieno di fenomeni ondulatori:
NaturaliNaturaliOnde del mareOnde del mareterremotiterremotiluceluce
ArtificialiArtificiali
Forni a microondeForni a microondeonde elettromagneticheonde elettromagneticheraggi xraggi xraggi ultraviolettiraggi ultravioletti
Segnali trasmessi per ondeSegnali trasmessi per onde
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SorgenteSorgente: corde vocali, clacson, telefono, computer,: corde vocali, clacson, telefono, computer, antenna, radio …antenna, radio …
MezzoMezzo: aria (per il suono), cavo telefonico, : aria (per il suono), cavo telefonico, conduttore elettrico, le onde radio e la luce conduttore elettrico, le onde radio e la luce si trasmettono anche nel vuoto.si trasmettono anche nel vuoto.
RicevitoreRicevitore: orecchie, ricevitore telefonico, occhi, : orecchie, ricevitore telefonico, occhi, un altro computer, antenna radio-riceventeun altro computer, antenna radio-ricevente
All’origine c’è sempre unaAll’origine c’è sempre unaserie di impulsi di naturaserie di impulsi di naturaoscillatoria.oscillatoria.
-Vibrano le corde vocali-Vibrano le corde vocali-vibra la membrana dell’altoparlante-vibra la membrana dell’altoparlante-oscillano gli elettroni in una antenna radio-oscillano gli elettroni in una antenna radio o in una lampadinao in una lampadina
Oscillazione di un oggettoOscillazione di un oggetto Onde meccanicheOnde meccaniche
Oscillazione di cariche elettricheOscillazione di cariche elettriche Onde elettromagneticheOnde elettromagnetiche
Trasmissione per onde
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UnaUna massa massa che oscilla che oscillagenera nel mezzo genera nel mezzo circostantecircostante
OndeOnde meccanichemeccaniche Hanno necessariamenteHanno necessariamentebisogno di un mezzo perbisogno di un mezzo perpropagarsi (aria, acqua, ecc.)propagarsi (aria, acqua, ecc.)
Una Una caricacarica elettrica elettricache oscilla generache oscilla genera Onde elettromagneticheOnde elettromagnetiche Si propagano ancheSi propagano anche
nel vuotonel vuoto
RIEPILOGO
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Un tipo di onde meccaniche sono le onde sonore
Un tipo di onde elettromagnetiche sono le onde luminose
Le onde sonore
Le onde luminose
Ricevitori
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SULLE ONDE in generale
Longitudinale
Trasversale
Su una corda elasticaSulla superficie dell’acqua
Di compressione su una mollaDi compressione di un gas in un tuboOnde sonore
TRASVERSALI E LONGITUDINALI
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Un’onda periodica può essere considerata come generata da una successione regolare e continua di singoli impulsi.
ONDA PERIODICA
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(sasso gettato in uno stagno)(sasso gettato in uno stagno)
Onde di superficie
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Onde di superficieOnde di superficie(sasso gettato in uno stagno)(sasso gettato in uno stagno)
Fotografia dell’onda
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Derivano in parte dalla sorgente che le ha emesse, in parte dal mezzo in Derivano in parte dalla sorgente che le ha emesse, in parte dal mezzo in cui si propaganocui si propagano
Frequenza (Frequenza ( f f ) ) Numero di oscillazioni al secondo (Numero di oscillazioni al secondo (hzhz))
Periodo ( T )Periodo ( T ) Durata di una oscillazione (Durata di una oscillazione (secsec) T = 1 / ) T = 1 / ff
Ampiezza Ampiezza Max distanza dalla posizione di equilibrio Max distanza dalla posizione di equilibrio
È legata all’energiaÈ legata all’energia
OndeOnde persistenti Ondepersistenti Onde smorzate smorzate
Lunghezza d’onda (Lunghezza d’onda () ) Spazio percorso in Spazio percorso in un periodo (un periodo (mm) )
Più usatiPiù usaticmcmÄÄ=10=10--88cmcm
Velocità di Velocità di propagazione (propagazione (m/secm/sec))
Varia col mezzoVaria col mezzo
v v = = / T = / T = ·· f f nel vuoto c=nel vuoto c=·· f f velocità della lucevelocità della luce..
CARATTERISTICHE:
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Lunghezza d’ondaLunghezza d’ondaAmpiezza Ampiezza
Rappresentazione nello spazioFotografia dell’onda
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PeriodoPeriodo
Rappresentazione nel tempo
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Perturbazione a carattere ondulatorio prodotta dalle oscillazioni di un mezzo elastico.
Si propagano tramite gli impulsi oscillatori da una molecola all’altra del mezzo che attraversano.
La mai perfetta elasticità di qualunque mezzo fa si che l’onda si smorzi
Onde elastiche
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Onde meccanicheOnde meccaniche Generati in un solido Generati in un solido (molla, corda, terreno)(molla, corda, terreno)
trasversalitrasversalilongitudinalilongitudinali
Onde dell’acquaOnde dell’acqua Provocate dal vento Provocate dal vento o da un sasso o da un sasso
trasversalitrasversali
Onde sonoreOnde sonore Percepite dall’orecchioPercepite dall’orecchio
Velocità dell’onda dipende da Velocità dell’onda dipende da Densità del mezzoDensità del mezzo
Elasticità del mezzoElasticità del mezzo
+ densità+ densità+ velocità+ velocità
longitudinalilongitudinali
RIEPILOGO 2
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si propaganosi propagano
Nel vuotoNel vuoto Con velocità Con velocità
c c =3x10=3x1088m/sm/s
Nei mezziNei mezzi Con velocità cheCon velocità chedipende dalla dipende dalla densitàdensitàdel mezzodel mezzo
Al contrario delle ondeAl contrario delle ondeelasticheelasticheDalla frequenza dipendono leDalla frequenza dipendono le
caratteristiche fisiche delle ondecaratteristiche fisiche delle onde In particolare l’energiaIn particolare l’energiatrasportatatrasportata
Vedi: Vedi: spettro delle onde elettromagnetichespettro delle onde elettromagnetiche
Maggiore potereMaggiore poterepenetrantepenetrante
+frequenza +energia+frequenza +energia
+densità -velocità+densità -velocità
Le onde elettromagnetiche
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PRINCIPIO DI SOVRAPPOSIZIONE:
Due o più onde che si incontrano nel loro moto di propagazione si sovrappongono sommando algebricamente le loro ampiezze.
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Sovrapposizione di due impulsi
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Sovrapposizione di due impulsi
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Sovrapposizione di due onde
Un’onda complessa può essere vista come risultante dalla sovrapposizione di più onde che si propagano nello stesso senso.
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Fourier
Due vibrazioni armoniche con frequenza una il doppio dell’altra, si sovrappongono dando luogo ad una vibrazione periodica non armonica (curva tratteggiata).Ogni perturbazione periodica può essere analizzata armonicamente (teorema di Fourier).
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FENOMENI CONNESSI
• Riflessione
• Rifrazione
• Diffrazione
• Diffusione
• Interferenza
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Riflessione
II fenomeno della riflessione si verifica quando un'onda incontra un ostacolo che non può attraversare. In tal caso, essa viene rinviata all'indietro. Possiamo facilmente osservare il fenomeno inviando un fascetto di luce su uno specchio.
Il raggio (la direzione) dell'onda incidente, il raggio dell'onda riflessa e la normale alla superficie di riflessione nel punto di incidenza giacciono sullo stesso piano.
L'angolo di riflessione r è uguale all'angolo di incidenza i.
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Rifrazione
Un raggio luminoso incide sulla superficie piana di un blocco di vetro. Si potrà osservare che una piccola parte dell'onda incidente viene riflessa, mentre la restante, dopo avere attraversato la superficie di separazione, cambia direzione.
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Rifrazione
La rifrazione si ottiene quando un'onda passa da un mezzo a un altro avente diversa densità e tale, quindi, da determinare una diversa velocità dell'onda. Nel passaggio, l'onda cambia direzione. Si può studiare il fenomeno utilizzando un fascetto di luce (onda ottica) che passi, ad esempio, dall'aria all’acqua.
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Diffusione
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Riflessione totale
• Consideriamo, adesso, cosa avverrebbe se avessimo un proiettore in acqua che invia un fascetto di luce verso l'esterno (aria). In tal caso, siccome si passa da un mezzo più denso a uno meno denso, il fascetto di luce, quando attraversa la superficie di separazione dei due mezzi, subisce una deviazione allontanandosi dalla normale
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Riflessione totale
• Se ruotassimo il proiettore in modo che l'angolo di incidenza i aumentasse, l'angolo di rifrazione r aumenterebbe anch'esso. Al valore dell'angolo di incidenza i al quale corrisponde un valore di r pari a 90°, si da il nome di «angolo limite».Per valori di i superiori all'angolo limite non si ha più rifrazione; il fascetto di luce si riflette. Tale riflessione è detta «riflessione totale».
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Riflessione totale
Un'applicazione del fenomeno descritto si ha nelle cosiddette «guide di luce» costituite da fili molto sottili di vetro o di plastica (fibre ottiche) opportunamente piegati n modo da consentire, dopo una serie di riflessioni totali, di guidare la luce da un estremo all'altro. Esse trovano largo impiego in medicina e nelle telecomunicazioni.Anche i periscopi dei sommergibili consentono di guardare in superfìcie sfruttando la riflessione totale della luce operata dai due prismi.
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Diffrazione dovuta ad un ostacolo
Per diffrazione si intende la capacità delle onde di aggirare gli ostacoli. Naturalmente dipende tutto dalle dimensioni del corpo.
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Diffrazione dovuta ad un foro
Se al posto dell’ostacolo poniamo una parete con un foro, al di là del foro si propaga una serie di onde circolari che si comportano come se la sorgente fosse posta nel foro stesso. Il fenomeno della diffrazione diventa vistoso quando l'ampiezza del foro è all'incirca uguale alla lunghezza d'onda della perturbazione.
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DIFFRAZIONE
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DIFFRAZIONE
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Diffrazione
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Interferenza• Quando due o più onde di
eguale frequenza si sovrappongono, esse danno luogo a particolari figure dette «figure di interferenza». Si considerino ad esempio due sorgenti puntiformi S1 e
S2 come in figura. Esse,
siccome vibrano in perfetta sincronia, daranno luogo a due onde perfettamente uguali che si propagano nel liquido.
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Interferenza
Queste due onde, sovrapponendosi, daranno luogo a figure di interferenza. In questa figura si possono notare strisce chiare generate dalla sovrapposizione di due gole separate da zone dove si sovrappongono creste e gole. In queste zone, il liquido è immobile.
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Interferenza costruttiva e distruttiva
La sovrapposizione di una cresta con una gola da luogo a «interferenze distruttive». Il risultato è che il tappo resta immobile. Se il tappo, invece, fosse posto in un punto dove giungono contemporaneamente due creste (o due gole) delle due onde, allora il tappo oscillerebbe con un'ampiezza doppia di quella con la quale oscillerebbe se fosse raggiunto da una sola onda. In questo caso si parla di «interferenza costruttiva».E facile comprendere che «l'interferenza distruttiva» si ha quando due onde giungono in un punto in opposizione di fase, e «l'interferenza costruttiva» si ha quando le due onde giungono in concordanza di fase. È evidente che la differenza di fase con cui le due onde arrivano nel punto considerato, dipende dalla distanza di esso dalle due sorgenti.
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Interferenza costruttiva e distruttiva
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Superfici nodali e ventrali
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SPETTRO oem
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Links utili
• sulle onde• Società Geologica Italiana - Sezione Giovani - Tsunami – fisica• Onde, maree, correnti• Onde, maree e correnti costiere• Nautica On Line - Le onde marine• Sull’esposizione alle onde radio• Misure di frequenza con l'oscilloscopio• LE ONDE MARINE• I movimenti del mare• Elettrosmog• La fisica dei suoni• Scoperte della fisica• Indice libro primo• http://www.unipv.it/grando/ondeweb/• Test VF sulle onde in generale• VERIFICA SULLE ONDE