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      Unità didattica 15: Suono e luce

  1. Onde sonore
  2. Misurare le onde sonore
  3. Interferenza di onde
  4. Effetto Doppler
Sezione 1.Onde del suono
Le onde del suono sono onde longitudinali prodotte da variazioni di pressione dell'aria. Una sorgente che vibra spinge le molecole dell'aria avanti e indietro, creando zone di compressione e di rarefazione. Quando una molecola si muove, urta contro un'altra molecola vicina e la fa muovere. L'energia di un'onda sonora si allontana dalla sorgente tramite una serie di urti tra molecole paralleli alla direzione dell'onda. Il suono non si può propagare nel vuoto.
rarefazione compressione

Le onde sonore possono propagarsi anche nei liquidi e nei solidi. La velocità di un'onda sonora dipende dalla temperatura e dall'elasticità del mezzo (più il mezzo è elastico più facilmente si spostano le sue molecole). Nell'aria, le onde sonore viaggiano a 343 m/s. Nei liquidi e nei solidi, le onde sonore si muovono più rapidamente che nei gas.

Sezione 2. Misurare le onde sonore
La frequenza di un'onda sonora è detta tono. In musica, toni differenti (Do, Re, Mi, ecc.) sono rappresentati da note.

L'orecchio umano è capace di udire frequenze tra 20 Hz e 20 000 Hz, a secondo dell'età della persona. onde sonore con una frequenza superiore a 20 000 Hz sono dette onde ultrasonore.
Prova queste due note
L'ampiezza o volume di un'onda sonora è l'intensità della pressione esercitata da una sorgente sonora alle molecole dell'aria. Più è grande la pressione, le molecole si urteranno con maggior impeto e l'onda si sposterà con maggiore potenza.

L'unità di misura adatta dal Sistema Internazionale per misurare la pressione è il pascal (Pa). L'uomo può misurare pressioni minori di un millesimo di pascal fino a pressioni di centinaia di miliardi di pascal. Ma, siccome è difficile orientarsi con valori tanto diversi, si preferisce valutare la pressione dall'intensità del suono. Il suono più piccolo corrisponde al valore di zero decibel (unità di intensità del suono) e valori superiori ad un centinaio di decibel corrispondono a suoni assordanti.

Esempio:
Un'onda sonora con una lunghezza d'onda di 1,24 m si muove a 343 m/s. Quanto vale la frequenza di questa onda?
 = lunghezza d'onda
= 1,24 m
v = 343 m/s

v = f
f = v/ = (343 m/s)/(1,24 m) = 276,61 Hz
DOMANDA: La frequenza di un'onda sonora è di 25 Hz, e la velocità è di 343 m/s. Qual è la sua lunghezza d'onda?

Sezione 3. Interferenza di onde

Quando due o più onde con la stessa frequenza raggiungono l'orecchio, quest'ultimo interpreta tali onde come una sola onda con un'ampiezza grande come la somma o la differenza delle onde iniziali.

Costruttiva Distruttiva
Quando due onde con frequenze differenti raggiungono l'orecchio, il suono risultante sarà piacevole se le frequenze hanno rapporti che sono numeri interi piccoli (2:1, 3:2, 4:3). Questo fenomeno è detto consonanza.

(2:1) Ottava

Al contrario, se le frequenze hanno altri rapporti che non sono numeri interi piccoli, verrà prodotto un suono sgradevole, un rumore. Questo fenomeno è detto dissonanza.

Sezione 4. Effetto Doppler

  L'effetto Doppler è definito come una modifica della frequenza dovuta al moto relativo di una sorgente rispetto  all'osservatore.