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Le onde -  classe 2.0
 

Le onde - classe 2.0

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Liceo Scientifico Pitagora di Rende

Liceo Scientifico Pitagora di Rende
Classe 2.0
Fisica
Le onde

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    Le onde -  classe 2.0 Le onde - classe 2.0 Presentation Transcript

    • LE ONDE STAZIONARIEnonda stazionaria è una perturbazione periodica di unmezzo materiale, le cui oscillazioni sono limitate nellospazio: in pratica non cè propagazione lungo una certadirezione nello spazio, ma solo unoscillazione nel tempo.ertanto, è soltanto il profilo dell’onda stazionaria a muoversi,oscillando "su e giù" in alcuni punti. I punti ove londaraggiunge ampiezza massima sono detti antinodi (o ventri), ipunti che invece rimangono fissi (ove londa è sempre nulla)sono detti nodi.
    • Osservando limmagine a lato si nota che loscillazione innero è stazionaria. Infatti ogni nodo, indicato da undischetto nero resta fisso nel tempo, e così ogni ventre,che si colloca a metà strada tra due nodi consecutivi. Inrosso e verde, invece sono indicate onde viaggianti, i cuinodi (e ventri) si muovono con velocità costanterispettivamente verso destra e verso sinistra.Osserviamo che londa stazionaria può essere ottenutasommando le due onde viaggianti.
    • Illustrazione pratica Un esempio di onda stazionaria è la corda di una chitarra, cioè una corda fissata a due estremi e messa in vibrazione.• Dopo una fase transitoria, nella corda in vibrazione si sovrappongono, punto per punto, due "movimenti". Vi è una certa simultaneità negli eventi che, come detto, si sovrappongono.• Il primo movimento si verifica spostando la corda verso l’alto o verso il basso (lungo un asse perpendicolare alla corda), per esempio pizzicandola come nel caso di una chitarra. Poiché la corda, elasticamente, tende a tornare nella posizione iniziale, questo spostamento perpendicolare si propaga per tutta la lunghezza della corda, finché giunge ad un estremo.• Il secondo movimento, allora, rimbalza e torna indietro. Intanto, però, la corda possiede ancora il primo movimento, per inerzia; allora, lo spostamento che "ritorna" si sovrappone a quello che "arriva". Ecco che due onde uguali si propagano lungo la corda in sensi opposti.
    • La formazione di onde stazionarie negli elementi vibranti è di fondamentale importanza ai fini della produzione del suono, ed è quindi necessaria (anche se non sufficiente) affinché un sistema vibrante possa diventare uno strumento musicale.• Lungo la canna si possono propagare oscillazioni di qualunque frequenza?• Loscillazione ottenuta dalla sovrapposizione di queste onde viaggianti è stabile?
    • Lungo la canna si possono propagare oscillazioni di qualunque frequenza?A questa domanda si risponde studiando le proprietà delle guide donda. Si scopre così che in una canna si può propagare oscillazione acustica di frequenza maggiore di una frequenza minima inversamente proporzionale al diametro del tubo detta frequenza di taglio (si veda approfondimenti sulle guide donda).Questa proprietà non pone una limitazione, almeno per strumenti di piccola dimensione come il flauto, in quanto la frequenza di taglio è in genere negli ultrasuoni. Essa, invece, diventa assai rilevante in strumenti che terminano con una grossa campana.
    • Loscillazione ottenuta dalla sovrapposizione di queste onde viaggianti è stabile?Questa e quella che ci interessa qui maggiormente: posto che ogni frequenza nel campo acustico udibile si può propagare avanti e indietro lungo la canna, sarà possibile instaurare unoscillazione stabile dopo che londa ha percorso avanti e indietro migliaia di volte la canna?
    • Ebbene, appunto, le onde stazionarie sono le uniche onde"stabili" sul lungo periodo. Infatti, sovrapponendo ondeviaggianti di frequenza diversa dalle frequenze proprie dellacanna, che sono appunto le frequenze delle onde stazionarie, siottiene unoscillazione instabile, che non può produrre neltempo una sensazione di tono definito e costante, anche se, inmoltissimi casi contribuisce sostanzialmente a determinare iltimbro dello strumento, caratterizzandone i transitori inattacco, in chiusura, e nei passaggi tra le diverse risonanze. L= n λ/2
    • LE ONDE TRASVERSALI E LONGITUDINALI In fisica con il termine onda si indica una perturbazione che nasce da una sorgente e si propaga nel tempo e nello spazio, trasportando energia o quantità di moto senza comportare un associato spostamento della materia.Le onde possono propagarsi sia attraverso un materiale, sia nel vuoto. Ad esempio la radiazione elettromagnetica, ed a livello teorico la radiazione gravitazionale, possono esistere e propagarsi anche in assenza di materia, mentre altri fenomeni ondulatori esistono unicamente in un mezzo, che deformandosi produce le forze elastiche di ritorno in grado di permettere allonda di propagarsi.Dal punto di vista matematico unonda è una soluzione dellequazione delle onde, la cui espressione varia a seconda della tipologia di perturbazione.
    • CARATTERISTICHEA = Onde di acqua profonda.B = Onde marine superficiali. Il movimento ellittico/circolare della superficie del mare caratterizza unonda mista.1 = Direzione di propagazione dellonda2 = Cresta3 = Ventre
    • ONDA LONGITUDINALE ONDA TRASVERSALE
    • INTERFERENZAL’interferenza è un fenomeno tipico delle onde (compreso ilsuono) e permette di interpretare diversi fenomeni cheavevano messo in crisi il modello corpuscolare della luce eche avevano fatto propendere per il modello ondulatorio-Per tutti i tipi di onde, sia elastiche sia elettromagnetiche,non esiste il principio di impenetrabilità, a causa dellamancanza di massa.Infatti, quando due onde si propagano in uno stesso mezzo,vale il principio di sovrapposizione, secondo il quale ognionda si propaga indipendentemente dalle altre, come sequeste non fossero presenti.
    • INTERFERENZAAd esempio se più onde armoniche si "scontrano" occorrecalcolare la risultante dei vettori che caratterizzano lediverse onde:y risultante = y1 + y2 + ... + ynQuesto significa che nei punti in cui due o più ondesinusoidali si sovrappongono, l’onda risultante è ancoraun’onda periodica, ma può non essere più un’ondasinusoidale e avere invece una forma più complessaEsistono due casi particolarmente significativi relativiall’interferenza: quella costruttiva e quella distruttiva.
    • INTERFERENZA COSTRUTTIVASi ha interferenza costruttiva quando due onde, emesse da due sorgenti S1 ed S2,giungono in un punto P in concordanza di fase, e ciò capita se la differenza tra i due"cammini", in valore assoluto, è uguale ad un numero pari di mezze lunghezze d’onda; inquesto caso due onde della stessa frequenza interferendo tra loro daranno origine adun’onda la cui ampiezza è data dalla somma delle ampiezze delle onde componenti. Lalegge fisica che caratterizza questo caso può essere sintetizzata con la formula: y = (A1+A2) sen(wt+j)
    • INTERFERENZA DISTRUTTIVA Si ha interferenza distruttiva quando due onde, emesse da due sorgenti S1 ed S2 ,giungono in un punto P in opposizione di fase, e ciò capita quando cioè se la differenzatra i due "cammini", in valore assoluto, è uguale ad un numero dispari di mezzelunghezze d’onda; in questo caso due onde della stessa frequenza interferendo traloro daranno origine ad un’onda la cui ampiezza è data dalla differenza delle ampiezzedelle onde componenti.La legge fisica che caratterizza questo caso può essere sintetizzata con la formula: y = (A1-A2) sen(wt+j)
    • INTERFERENZANel particolare caso in cui A1=A2, l’ampiezza risultante è nulla. Quando due onde interferiscono tra loro, i punti in cui l’intensità dell’onda risultante si annulla si chiamano nodi mentre quelli in cui l’intensità è massima si chiamano ventri. Per le onde circolari l’insieme dei punti in cui si formano i ventri si chiama linea ventrale mentre il luogo dei punti in cui si formano i nodi si chiama linea nodale.L’interferenza della luce può essere accertata attraverso vari esperimenti che utilizzano, ad esempio, gli specchi di Fresnel e il laser. Gli specchi di Fresnel sono due specchi, accuratamente lavorati, montati su un dispositivo che consente la rotazione angolare di uno dei due. Interferenza di due sorgenti luminoso fenomeno di interferenza luminosa si può facilmente osservare soltanto se si sovrappongono onde provenienti da sorgenti sincrone, cioè aventi stessa frequenza e stessa fase. Ciò si ottiene, nel celebre esperimento di Young facendo interagire tra di loro due raggi luminosi provenienti dalla stessa sorgente.
    • Nellesperimento di interferenza da noi realizzato, il raggio proveniente dalla sorgente LASER è stato sdoppiato con un dispositivo detto "specchi di Fresnel". Il dispositivo è composto da due specchi adiacenti, quasi allineati tra loro a formare un angolo prossimo ai 180°, uno dei quali è fisso mentre laltro si può spostare. Il fascio sfiora entrambi gli specchi e si ha una doppia riflessione, che crea sullo schermo due immagini luminose distinte, che si possono pensare provenire da due sorgenti virtuali distinte. Modificando lampiezza dellangolo tra gli specchi, si può far sì che i due fasci riflessi si sovrappongano sullo schermo e quando ciò accade sullo schermo si vedono delle frange di interferenza cioè delle zone di luce (interferenza costruttiva) alternate a delle zone con assenza di luce (interferenza distruttiva). Lesperimento di interferenza realizzato da Young suscitò notevoli perplessità perché non poteva essere facilmente riprodotto in laboratorio. Luso della sorgente monocromatica LASER e il dispositivo di Fresnel rendono gli esperimenti di interferenza luminosa più affidabili e facilmente riproducibili allinterno di un laboratorio.
    • Prima Figura: Londa tratteggiata si somma con londa blu e da origineallonda rossa= interferenza costruttiva.Seconda Figura: Londa blu e londa tratteggiata si sottraggono in modoparziale e danno origine allonda rossa=interferenza parzialmentedistruttiva.Terza Figura: Londa blu e londa tratteggiata si annullano del tutto, dandoorigine alla distruzione totale.
    • Realizzato dagli alunni della classe IIH del Liceo Scientifico Pitagora di RendeAndreotti Giuseppe, Arnieri Alessio, Chiappetta Manuel, CistaroMafalda, Crivaro Camilla, De Marco Candida, Fabiano Francesca,Ferraro Silvia, Ferrarese Danilo, Gaglianese Claudio, GarofaloGiusy, Grazioso Catia, Maggiolini Martina, Marinelli Alessandro,Mastroberardino Marco, Orsino Antonio, Pastorella Marco,Piccolo Giovanni, Sole Roberta, Tosti Alessandro.www.ilpitagora.it/blog