Presentazione Unicorno Startup

ONDE

Luce, suono e ottica

ONDE

Luce, suono e ottica

IL SUONO

• Onda meccanica
• longitudinale
• originato da un corpo che vibra ad una determinata frequenza (es. corde vocali)
• piccole oscillazioni ad alta frequenza, trasmesse all'aria, catturate da orecchio o microfono
• zone di compressione e rarefazione

Caratteristiche generali

onde

• Trasporto di energia ma non di materia

• meccaniche vs elettromagnetiche
• lineari, di superficie, sferiche
• trasversali vs longitudinali

Onde periodiche sinusoidali

• onde che si ripetono uguali a se stesse in maniera regolare
• rappresentate matematicamente da una funzione seno o coseno
• creste e ventri

Caratteristiche dell'onda

FREQUENZA

AMPIEZZA

LUNGHEZZA D'ONDA

VELOCITA'

PERIODO

Caratteristiche generali

onde

• Trasporto di energia ma non di materia

• meccaniche vs elettromagnetiche
• lineari, di superficie, sferiche
• trasversali vs longitudinali

Applicazioni

Eco e Narciso

Caratteristiche

Caratteristiche del suono

TIMBRO

Volume

Legato alla QUALITA' del suono

Legato all'AMPIEZZA dell'onda

SFASAMENTO

ALTEZZA

Legata alla FREQUENZA dell'onda

Legato alla SOVRAPPOSIZIONE di onde sonore

L'osservatore si avvicina: f aumenta

EFFETTO DOPPLER

Scoperto da Christian Doppler nel 1845, è l'apparente cambiamento della frequenza di un'onda in moto rispetto all'udente

La sorgente si avvicina: f aumenta

L'osservatore si allontana: f diminuisce

La sorgente si allontana: f diminuisce

Velocità del suono

6000 m/s

1500 m/s

340 m/s

aria, 20° C, pressione 1 atm; aumenta all'aumentare della temperatura

ferro; nei solidi il suono viaggia più veloce (terreno)

acqua, 20° C; aumenta con l'aumentare della temepratura

Esercizio pag 453 n 4

LA LUCE

• Onda lettromagnetica (?)
• fonti primarie e secondarie
• corpi opachi, trasparenti e traslucidi

Indice di rifrazione

Intensità sonora

E' il rapporto tra l'energia sonora trasportata dall'onda che attraversa, in un certo intervallo di tempo, una superficie (come quella del timpano).

soglia di udibilità

soglia del dolore

Riflessione

Riflessione totale

Rifrazione

DIFFUSIONE

• n dipende dalla frequenza
• colori diverse --> frequenze diverse -->rifrazioni diverse
• luce visibile: 380 - 750 nm
• percezione del colore
• discromatopsia

Luce: onda o particella?

MAXWELL (1864) 1. Seconda unificazione della fisica 2. La luce ha la stessa velocità delle onde elettromagnetiche

EINSTEIN (1921) e COMPTON (1927) 1. effetto fotolettrico ed effetto Compton 2. la luce interagisce con la materia come se fosse materia essa stessa 3. natura duale della luce 4. quanti di energia (fotoni)

DIFFRAZIONE DELLA LUCE

• fenomeno tipico della propagazione delle onde
• fronte d'onda: insieme dei punti che oscillano alla medesima ampiezza in un certo intervallo di tempo
• esperimento di Huygens: allargamento del fronte d'onde rettilineo (dimensioni paragonabili alla lunghezza d'onda) --> ogni punto divente fonte di onde sferiche
• NB: onde sonore

IL VIAGGIO CONTINUA...

... campo elettromagnetico meccanica quantistica relatività einsteniana...

c'entrano tutti con la luce. Ma lo scopriremo il prossimo anno!

INTERFERENZA

• esperimento di Young della doppia fenditura
• fenomeno tipicamente ondulatorio
• somme di funzioni trigonometriche
• interferenza costruttiva vs interferenza distruttiva: frange di luce e ombre

Luce: onda o particella?

HUYGENS (Traité de la Lumière, 1690) 1. Natura ondulatoria 2. Diffrazione 3. Spiega bene l'interferenza

YOUNG (Esperimento della doppia fenditura, 1801) 1. Dimostra l'interferenza 2. Ipotizza che la luce necessiti di un mezzo per propagarsi: nasce l'etere

NEWTON (Ottica, 1704) 1. Natura corpuscolare 2. Particelle emesse dai corpi in tutte le direzioni 3. Spiega bene riflessione e rifrazione

Il muro del suono

Significa viaggire ad una velocità superiore a quella del suono nel mezo di propagazione (nel caso degli aerei supersonici, l'aria, attraverso cui il suono viaggi a circa 331 m/s, ovvero 1200 km/h).Le onde sonore prodotte dall'aereo si avvicinano sempre più le une alle altre all'aumentare della velocità fino a che risultano perfettamente sovrapposte: questo genera il cosiddetto "bang" sonico.

• La caratteristica nuvola è data dalla rapida condensa del vapore acqua
• Puoi udire il bang sonico anche facendo "schioccare" una frusta
• Cosa significa viaggiare a Mach1, 2, 3?

Infrasuoni

Ultrasuoni

• Frequenza superiore a 20 KHz
• Udibili da cani, balene e pipistrelli
• Base per sonar, ecografi, scaccia animali
• Danni alle orecchie, emicranie, alterazione del sonno

• Frequenza inferiore a 20 Hz
• Propagazione su lunghe distanze
• Metodo di comunicazione di molti animali (come balene e delfini)
• Fastidi alle orecchie, mal di testa, sentimenti negativi

VS

FREQUENZA

E' l'inverso del periodo: indica quante volte un determinato punto oscilla in un secondo (o quante volte l'onda si ripete uguale a se stessa all'interno del periodo). Si indica con f e si misura in Hz

Rifrazione

• Avviene se luce attarversa in sequenza materiali diversi
• 1a legge: raggio incidente, raggio rifratto e normale sono tutti sullo stesso piano
• 2a legge: il rapporto tr i seni dell'angolo di incidenza e di rifrazione è inverso rispetto al rapporto tra gli indici di rifrazione
• minore densità: allontanamento dalla normale

LUNGHEZZA D'ONDA

E' la distanza tra due punti corrispondenti dell'onda; per semplicità, si può considerare la distanza tra due creste o due ventri. Si indica con lambda e si misura in metri

AMPIEZZA

Allontanamento dalla posizione di equilibrio centrale (spostamento in VERTICALE); si indica con A e si misura in metri

VELOCITA' DI PROPAGAZIONE

Indica la velocità con la perturbazione avanza. E' data dal prodotto tra frequenza e lunghezza d'onda, che risultano quindi essere inversamente proporzionali nel momento in cui la velocità rimane costante.

PERIODO

intervallo di tempo che intercorre tra il passaggio di due creste successive per uno stesso punto; si indica con T e si misura in secondi

Formule

• ambulanze
• treni
• auto di F1
• ....
• aumenta con l'aumentare della velocità

Caratteristiche

• luce: fenomeno rilevante in caso di fenditure sub - millimetriche
• avviene anche in caso di ostacoli
• invasione della zona d'ombra
• sfocatura progressiva degli oggetti illuminati in relazione alle loro dimensioni (impossibilità a vedere l'atomo)

Diffrazione atmosferica

Il mito

Una delle più belle ninfe di Artemide, Eco, era talmente chiaccierona e petulante che la de ala punì, togliendole la voce e permettendole di ripetere solo l'ultima parola che sentiva. Fuggita per la vergona, Eco si imbatté in Narciso, pastore tanto bello quanto superbo, che non voleva sapere niente di lei. La ninfa lo seguì per mari e monti, consumandosi talmente d'amore che alla fine il so corpo svanì, lasciando di lei solo la voce, che ancora oggi ripete l'ultima parola udita. Per punire la sua indifferenza, gli dei, quando Narciso si fermò a specchiarsi in un lago, lo fecero cadere al suo interno, trasformandolo poi nell'omonimo fiore e condannadolo a specchiarsi per sempre

Ecco perchè eco è un nome femminile. Ed ecco perchè i narcisi crescono vicino alle pozze d'acqua, affacciandosi su di esse.

Eco: caratteristiche

• Riflessione del suono
• Distanza dalla parete: almeno 17 m
• Differenza con il rimbombo

Applicazioni

• Ecografia: indolore e non dannosa (ultrasuoni; eame di base non invasivo)
• Sonar: orientamento per navi e sottomarini, distanza dal fondale (disturbo dei segnali animali)
• Balene e pipistrelli: orientamento, ricerca del cibo, visione di ostacoli

Riflessione totale

• Angolo di incidenza a cui corrisponde un angolo di rifrazione retto
• Assenza del raggio rifratto: la superficie di seprazione diventa uno specchio
• Fibre ottiche
• Prismi
• Periscopi

L'eclissi

• Eclissi lunare: l'ombra della Terra oscura totalmente o parzialmente la Luna
• Eclissi solare: la luna si frappone tra la Terra e il sole
• Totale: zona d'ombra
• Parziale: zona di penombra

Riflessione della luce

• 1a legge di riflessione: raggio incidente, raggio riflesso e normale giacicono tutti nello stesso piano
• 2a legge di riflessione: angolo di incidenza e di riflessione sono uguali

Gli specchi

• Specchi piani: immagini virtuali, congruenti, speculari
• Specchi concavi: immagini reali e virtuali, ingrandite o rimpicciolite
• Specchi convessi: immagini virtuali, rimpicciolite