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Le onde elastiche e il suono

1. Le onde

Un'onda è una perturbazione che si propaga trasportando energia senza trasporto di materia. Ad esempio l'onda in una pozzanghera in cui cade una goccia d'acqua: le molecole d'acqua non si spostano ma oscillano su e giù.

Onde su una corda La perturbazione si propaga nel mezzo materiale che in questo caso è la corda.

Onde su una corda

• Mezzo materiale: la corda. Trasmette ilmovimento, cioè energia cinetica ai punti della corda. • Sorgente dell'onda: la mano. E’ l'origine dellaperturbazione. Si propagano mediante onde anche la luce, il suono, i terremoti, i segnali radio.

Onde trasversali e longitudinali

In una molla tirata avanti e indietro o in una sbarra di acciaio colpita da un martello, si propaga un'onda longitudinale.

Onda longitudinale: i punti del mezzo materiale oscillano in direzione parallela a quella di propagazione dell'onda.

Onde trasversali e longitudinali

In una molla tirata su e giù oppure nella corda di uno strumento, si propaga un'onda trasversale.

Onda trasversale: i punti del mezzo materiale oscillano in direzione perpendicolare quella di propagazione dell'onda.

2. Le onde periodicheSi dice periodica un'onda che si ripete identica a se stessa a intervalli di tempo costanti.

La lunghezza d'onda e l'ampiezza

• Lunghezza d'onda λ: è laminima distanza dopo la quale un'onda periodica torma a riprodursi identica a se stessa.

• Ampiezza: è la differenzatra il valore massimo della grandezza che oscilla e il valore di equilibrio.

Il periodo e la frequenza

• Periodo T: è l'intervallo di tempo che un puntodel mezzo materiale impiega per compiere un'oscillazione completa. (Nell'esempio della corda T=2 s.)

• Frequenza f: è il numero di oscillazioni completeche l'onda descrive in un secondo. Si misura in hertz (Hz). (Nell'esempio f = 0,5 Hz.)

La velocità di propagazione e la grandezza che oscilla

• Velocità di propagazione v: poiché in un periodoT l'onda percorre una lunghezza d'onda λ, la velocità v è:

• Grandezza che oscilla: dipende dal tipo di onda.− In una corda la posizione di un suo tratto; − in una pozzanghera la posizione di un volumetto di

acqua; − in una barra metallica la densità di uno straterello.

3. Le onde sonore

Il suono è un'onda la cui sorgente è un corpo che vibra, come le corde di una chitarra o le corde vocali.

Il mezzo di propagazione può essere l'aria.

Il suono è un'onda longitudinale Facciamo vibrare una sottile lamina d'acciaio in modo periodico.

Il suono è un'onda longitudinale

La vibrazione crea zone di compressione e di rarefazione dell'aria che si propagano

Il suono è un'onda longitudinale formata da successive compressioni e rarefazioni del mezzo.

Il suono è un'onda longitudinale

Noi udiamo il suono perché l'onda sonora fa vibrare il nostro timpano.

Il suono non si propaga nel vuoto.

Infatti non si riesce a sentire il suono di un campanello sotto vuoto .

La velocità del suono

La velocità di propagazione del suono varia a seconda del mezzo materiale in cui il suono si propaga.

Nell'acqua il suono è quasi 5 volte più veloce che nell'aria. Il suono è molto lento rispetto alla luce (v=300 000 km/s).

4. Le caratteristiche del suono

I do della scala del pianoforte: ad ogni ottava superiore corrisponde un raddoppio della frequenza.

Il suono è un'onda periodica che ha tre caratteristiche: altezza, intensità e timbro. 1) AltezzaDistingue un suono acuto da un suono grave e dipende dalla frequenza.

Le caratteristiche del suono Frequenza maggiore: suono più acuto. Frequenza minore: suono più grave. 2) IntensitàDistingue un suono ad alto volume da uno a basso volume e dipende dall'ampiezza. Ampiezza maggiore: suono più forte. Ampiezza minore: suono più debole.

Le caratteristiche del suono 3) TimbroDipende dalla particolare legge periodica con cui oscilla l'onda sonora. E' caratteristico di ogni sorgente del suono.

6. L'ecoIl suono emesso dalla sorgente viene riflesso da un ostacolo e viene di nuovo udito come se provenisse da lontano. L'eco si ode dopo un tempo

dove v è la velocità del suono. Se d=20 m, ∆t = 0,12 s. Per ∆t minori si ode solo il rimbombo.