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Le onde elastiche e il suono
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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.
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Onde su una corda La perturbazione si propaga nel mezzo materiale che in questo caso è la corda.
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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.
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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.
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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.
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2. Le onde periodicheSi dice periodica un'onda che si ripete identica a se stessa a intervalli di tempo costanti.
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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.
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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.)
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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.
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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.
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Il suono è un'onda longitudinale Facciamo vibrare una sottile lamina d'acciaio in modo periodico.
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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.
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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 .
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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).
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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.
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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.
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Le caratteristiche del suono 3) TimbroDipende dalla particolare legge periodica con cui oscilla l'onda sonora. E' caratteristico di ogni sorgente del suono.
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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.