LE ONDE Fenomeni ondulatori Periodo e frequenza Lunghezza d’onda e velocità Legge di propagazione Energia trasportata Onde meccaniche: il suono Onde elettromagnetiche Velocità della luce Spettro elettromagnetico Energia dell’onda elettromagnetica P.Montagna dic-15 Le onde Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag.1 Fenomeni ondulatori suono Oscillazioni meccaniche mare corda che vibra molla Oscillazioni elettromagnetiche B Eo E onda elettromagnetica v Bo l P.Montagna dic-15 Le onde Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie x pag.2 Onde trasversali e longitudinali trasversali vibrazione propagazione esempio : onda lungo una corda longitudinali vibrazione propagazione esempio : onda di percussione in un solido P.Montagna dic-15 Le onde Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag.3 Periodo e frequenza Fenomeno periodico: f(t) = f(t+T) ritorna alla stessa configurazione dopo uno stesso intervallo di tempo Periodo T = minimo intervallo di tempo dopo il quale il fenomeno ritorna alla stessa configurazione = durata di una oscillazione (unita’ di misura: secondo). f(t) = A sen(2p t/T) = A sen[(2p/T) t] = A sen(wt) Se 1 oscillazione dura n secondi, in 1 secondo ci sono 1/n oscillazioni pulsazione w = 2p/T = 2pn P.Montagna dic-15 frequenza = n.oscillazioni/sec n = 1/T Le onde Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie Hz=1/s pag.4 Ampiezza e energia di un’onda S(t) = A sen(wt + f) S(t) w = 2 p = 2p n T T +A t o ENERGIA DI UN’ONDA –A P.Montagna dic-15 [ A = ampiezza T = periodo n = frequenza f = fase E A2 Le onde Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag.5 Legge di propagazione delle onde Moto rettilineo uniforme: Ogni onda si propaga con una propria velocita’ costante x = v t = l Lunghezza d’onda l = minima distanza dopo la quale il fenomeno riprende la stessa configurazione = distanza percorsa in un periodo (unita’ di misura: metro). A S(0) o S(t) to T P.Montagna dic-15 t l = v T = v/n vT ln = v Lunghezza d’onda e frequenza sono direttamente proporzionali: il loro prodotto e’ la velocita’ A o S(0) Le onde S(x) x xo l Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag.6 Oscillazioni smorzate e forzate forze dissipative (attriti) S(t) energia dissipata SMORZATE t o graduale diminuzione dell'ampiezza A energia rifornita al sistema S(t) FORZATE t o P.Montagna dic-15 Le onde graduale aumento dell'ampiezza A Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag.7 Intensita’ di un’onda Intensità = energia trasportata nell'unità di tempo attraverso l’unita’ di superficie E I = DtS joule watt = unità di misura: 2 s m m2 onda sferica: S=4pr2 L’energia é costante (cons.energia) L’intensità diminuisce con il quadrato della distanza S S r 2r P.Montagna dic-15 Le onde Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag.8 Il suono suono : vibrazione meccanica delle particelle di un mezzo materiale (gas, liquido, solido) punto di equilibrio molecola in moto A fluidi : x(t) spostamenti delle particelle addensamenti e rarefazioni compressioni e dilatazioni sono vibrazioni di/tra molecole: serve la materia! nel vuoto il suono non si propaga onda di pressione P.Montagna dic-15 Le onde Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag.9 Caratteristiche del suono onda sonora : vibrazione meccanica percepibile dal senso dell'udito (orecchio) sensibilità orecchio umano 20 Hz < n < 2•104 Hz infrasuoni v=ln ultrasuoni varia = 344 m/s { vacqua = 1450 m/s Caratteristiche di un suono: P.Montagna dic-15 17.2 m < l < 1.72 cm 72.5 m < l < 7.25 cm altezza frequenza timbro composizione armonica intensità E/(S•t) Le onde Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag.10 Onde elettromagnetiche Onda elettromagnetica: E Eo B “vibrazione” del campo elettrico e del campo magnetico in direzione perpendicolare a entrambi v Bo l E x Una carica elettrica in moto emette o assorbe onde elettromagnetiche quando soggetta ad accelerazione Eo B Bo T P.Montagna dic-15 t Non serve materia: i campi si propagano anche nel vuoto! Le onde Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag.11 Velocita’ della luce Le onde elettromagnetiche si propagano anche nel vuoto secondo la consueta legge: ln = v La loro velocità nel vuoto è sempre c = 3•108 m/s (= 300000 km/s) E’ la velocità della luce ma anche di tutte le altre onde elettromagnetiche. E’ la massima velocità raggiungibile in natura. Nei mezzi materiali la velocità è c/n (<c). P.Montagna dic-15 Le onde Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag.12 Spettro elettromagnetico (fermi) l (m) 10–12 10–14 RAGGI GAMMA (Hz) GeV 109 10–10 RAGGI X n 1022 1020 MeV 106 ln = c P.Montagna dic-15 (mm) (Å) (nm) 10–8 1016 keV 10–4 10–2 INFRA-ROSSO MICRO ONDE 1014 1012 VISIBILE 1010 ULTRA-VIOLETTO 1018 103 10–6 (mm) (cm) E 102 1 l(m) ONDE RADIO 108 106 n (Hz) 3 108 Hz colori (eV) E = hn l 400 Le onde 500 600 Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie 700(nm) pag.13 Energia dell’onda elettromagnetica Le onde elettromagnetiche trasportano energia sotto forma di “particelle di luce” dette fotoni, emessi o assorbiti in transizioni atomiche o molecolari. L’energia è proporzionale alla frequenza: E = hn con h = 6.6•10-34 J•s (costante di Planck). Nella luce visibile l’emissione o l’assorbimento dei fotoni determina il colore dei corpi: bianco = emissione di tutte le frequenze visibili nero = assorbimento di tutte le frequenze visibili Es. Luce gialla: l = 600 nm n = c/l = (3•108 m/s)/(6•10-7 m) = 0.5•1015 Hz = 5•1014 Hz E = hn = (6.6•10-34 J•s)(5•1014 Hz) = 3.3 •10-19 J = 2 eV P.Montagna dic-15 Le onde Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag.14