Lezioni sulle
ONDE
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Lezioni sulle onde
Lezioni sulle
ONDE
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L’ENERGIA TRASPORTATA DA ONDE
Ogni “messaggio” contiene una
certa quantità di energia.
Esempi :
1- Ad un amico si parla
2- Ad un amico, se e lontano si telefona
3- Oppure si scrive una lettera
4- Le torri di controllo comunicano via radio
con i piloti
5- La luce verde del semaforo indica “via libera”
6- Il clacson avverte un pedone distratto
Deve essere trasportata
da chi invia a chi riceve
SORGENTE
RICEVITORE
A) - Trasporto di energia accompagnato da trasporto
di materia
Trasmissione meccanica
B) - Trasporto di energia senza trasporto di
materia
Trasmissione per onde
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Fenomeno di perturbazione che trasporta
energia senza trasportare materia.
Segnali trasmessi per onde
Acustici
luminosi
telefonici
radiofonici
televisivi
Viviamo in un mondo pieno di fenomeni ondulatori:
Naturali
Artificiali
Onde del mare
terremoti
luce
Forni a microonde
onde elettromagnetiche
raggi x
raggi ultravioletti
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Trasmissione per
onde
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Sorgente: corde vocali, clacson, telefono, computer,
antenna, radio …
Mezzo:
aria (per il suono), cavo telefonico,
conduttore elettrico, le onde radio e la luce
si trasmettono anche nel vuoto.
Ricevitore: orecchie, ricevitore telefonico, occhi,
un altro computer, antenna radio-ricevente
All’origine c’è sempre una
serie di impulsi di natura
oscillatoria.
-Vibrano le corde vocali
-vibra la membrana dell’altoparlante
-oscillano gli elettroni in una antenna radio
o in una lampadina
Oscillazione di un oggetto
Oscillazione di cariche elettriche
Onde meccaniche
Onde elettromagnetiche
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RIEPILOGO
Una massa che oscilla Onde meccaniche Hanno necessariamente
bisogno di un mezzo per
genera nel mezzo
propagarsi (aria, acqua, ecc.)
circostante
Una carica elettrica
Onde elettromagnetiche
che oscilla genera
Si propagano anche
nel vuoto
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Ricevitori
Un tipo di onde meccaniche sono le onde sonore
Un tipo di onde elettromagnetiche sono le onde luminose
Le onde sonore
Le onde luminose
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ONDE
TRASVERSALI E
LONGITUDINALI
SULLE ONDE in generale
Trasversale
Su una corda elastica
Sulla superficie dell’acqua
Longitudinale
Di compressione su una molla
Di compressione di un gas in un tubo
Onde sonore
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ONDA PERIODICA
Un’onda periodica può essere considerata come generata
da una successione regolare e continua di singoli impulsi.
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Onde di superficie
(sasso gettato in uno stagno)
l
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Onde di superficie
(sasso gettato in uno stagno)
Fotografia dell’onda
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CARATTERISTICHE:
Derivano in parte dalla sorgente che le ha emesse, in parte dal mezzo in
cui si propagano
Numero di oscillazioni al secondo (hz)
Frequenza ( f )
Periodo ( T )
Ampiezza
Durata di una oscillazione (sec)
T=1/f
Max distanza dalla posizione di equilibrio
Onde persistenti
Onde smorzate
È legata all’energia
Lunghezza d’onda (l)
Velocità di
propagazione (m/sec)
Spazio percorso in
un periodo (m)
Più usati
cm
Ä=10-8cm
Varia col mezzo
v=l/T=l·f
nel vuoto c=l · f velocità della luce.
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Rappresentazione nello spazio
Fotografia dell’onda
Lunghezza d’onda
Ampiezza
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Rappresentazione nel tempo
Periodo
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Perturbazione a carattere ondulatorio prodotta dalle
oscillazioni di un mezzo elastico.
Onde elastiche
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
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RIEPILOGO 2
Onde meccaniche
Onde dell’acqua
Onde sonore
Generati in un solido
(molla, corda, terreno)
Provocate dal vento
o da un sasso
Percepite dall’orecchio
Velocità dell’onda dipende da
trasversali
longitudinali
trasversali
longitudinali
Densità del mezzo
Elasticità del mezzo
+ densità
+ velocità
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Nel vuoto
c =3x108m/s
si propagano
Le onde elettromagnetiche
Laboratorio
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Con velocità
Nei mezzi
Con velocità che
dipende dalla densità
del mezzo
+densità -velocità
Dalla frequenza dipendono le
caratteristiche fisiche delle onde
Al contrario delle onde
elastiche
In particolare l’energia
trasportata
+frequenza +energia
Vedi: spettro delle onde elettromagnetiche
Maggiore potere
penetrante
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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
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.
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.
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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
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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