Onde e suono
Che cos'è un'onda, come sono legate lunghezza d'onda, frequenza e velocità, come si propaga il suono, come si sommano le onde, perché corde e tubi risuonano a determinate note e come si suddivide lo spettro elettromagnetico. Nel laboratorio delle onde puoi vedere corde, molle, suono in un tubo, vasche a onde e onde stazionarie disegnati con le stesse formule delle lezioni.
Informazioni sul corso
Un'onda trasporta energia senza trascinare con sé il materiale. Su una corda, un tratto si muove su e giù mentre l'onda va a destra, perpendicolarmente al moto del tratto. In una molla le spire si muovono lungo la direzione di propagazione e si addensano in compressioni. Da questa immagine il corso arriva a lunghezza d'onda, frequenza e velocità, collegate da v = fλ. Nel laboratorio una corda di 6 m trasporta un'onda: se raddoppi f, la lunghezza d'onda deve dimezzarsi per mantenere costante la velocità.
Le sei unità trattano che cos'è un'onda, lunghezza d'onda, frequenza e velocità, suono, interferenza e diffrazione, onde stazionarie e strumenti musicali e spettro elettromagnetico. Il suono viaggia più rapidamente nei liquidi e nei solidi che nell'aria, perché sono molto più difficili da comprimere. Se batti le mani davanti a una parete rocciosa e senti l'eco dopo 2.0 s, con il suono a 343 m/s puoi calcolarne la distanza. Le cuffie con cancellazione del rumore ascoltano il rumore in arrivo e riproducono un'onda con massimi e minimi invertiti. OpenStax 27.3 ricorda che l'esperimento della doppia fenditura di Young del 1801 portò ad accettare la natura ondulatoria della luce. Il laboratorio disegna corde, molle, suono in un tubo, vasche a onde e onde stazionarie usando le stesse formule delle lezioni.
L'ultima unità aggiunge i numeri allo spettro. Un forno a microonde funziona a 2.45 GHz, quindi le sue onde sono lunghe circa 12 cm; la luce laser rossa a 633 nm ha onde circa 190 000 volte più corte. Una frequenza maggiore significa più energia per fotone, ma la penetrazione dipende dal materiale e dalla lunghezza d’onda. I raggi X possono attraversare i tessuti molli, mentre gli UV assorbiti dalla pelle possono danneggiarla.
Prima di iniziare
Gran parte di questo corso torna su una relazione: velocità uguale frequenza per lunghezza d'onda. Se sai riordinare una formula semplice, come si esercita in Equazioni di primo grado, sei pronto. L'ultima unità usa le potenze di dieci per le onde radio e luminose, quindi vale la pena ripassare in fretta la notazione scientifica.
Alla fine
Saprai trovare ampiezza, periodo e velocità dell'onda da uno schizzo, stimare a che distanza è caduto un fulmine dall'intervallo prima del tuono e spiegare perché gli astronauti non possono sentire un grido nello spazio. Saprai anche prevedere che cosa succede quando una cresta incontra un cavo, calcolare la lunghezza d'onda di un segnale FM a 100 MHz e dire perché un tubo o una corda risuonano a note precise.
- 1Che cos'è un'onda?Lontano dalla riva, un gabbiano sale e scende al passaggio di ogni onda, ma non si sposta insieme all'onda.
- 2Lunghezza d'onda, frequenza e velocitàCreste marine distanti 10 m che sollevano un gabbiano una volta ogni 5 s avanzano a 2 m/s.
- 3SuonoIl suono percorre circa 343 metri al secondo nell'aria a 20 °C: un tuono che arriva 3 secondi dopo il lampo indica quindi che il fulmine è caduto a circa 1 km.
- 4Interferenza e diffrazioneLe cuffie con cancellazione del rumore producono un secondo suono esattamente opposto al rumore: sommandosi, i due danno quasi silenzio.
- 5Onde stazionarie e strumenti musicaliUn tubo chiuso a un'estremità, lungo 67.2 cm, produce un suono di 128 Hz in una giornata a 22 °C, poco sotto il C un’ottava sotto il C centrale (130.8 Hz).
- 6Lo spettro elettromagneticoUn forno a microonde funziona a 2.45 GHz, quindi le sue onde sono lunghe circa 12 cm; la luce rossa di un laser ha lunghezza d'onda di 633 nm, circa 190 000 volte più corta.
Fonti di questo corso (11)
- OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 16.9 Waves (disturbance that propagates, gull example λ 10.0 m, T 5.00 s, v = 2.00 m/s, transverse and longitudinal, amplitude independent of speed)
- 16.10 Superposition and Interference (constructive, destructive, standing waves, f1 = v/2L, beats fB = |f1 − f2|, 256 Hz fork with 2 beats -> 254 or 258 Hz)
- 17.2 Speed of Sound (Table 17.1: air 331 m/s at 0 °C, helium 965, fresh water 1480, sea water 1540, steel 5960, vulcanized rubber 54; v = 331 m/s × √(T/273 K); 343 m/s at 20 °C; audible range 20 to 20 000 Hz; P-waves 4 to 7 km/s, S-waves 2 to 5 km/s; Oldham and Lehmann)
- 17.3 Sound Intensity (I0 = 10⁻¹² W/m², Table 17.2, factor 10 = 10 dB, factor 2 = 3 dB, 85 dB for 8 h footnote, bel named for Bell)
- 17.5 Sound Interference and Resonance (noise-cancelling headphones 30 dB or more, closed tube λ = 4L and f_n = n v/4L with n odd, open tube f_n = n v/2L, 128 Hz tube at 22 °C = 0.672 m, ninth harmonic 1.15 kHz, trumpet vs clarinet overtones)
- 24.1 (Maxwell; Hertz from 1887)
- 24.3 The Electromagnetic Spectrum (c = fλ, Table 24.1, three rules of thumb, AM 540 to 1600 kHz, FM 88 to 108 MHz, microwave oven 2.45 GHz, visible 400 to 750 nm, UV 400 to about 10 nm, UV-A 320 to 400, UV-B 290 to 320, UV-C 220 to 290 nm, 99% of surface UV is UV-A, X-rays below 0.01 nm)
- 27.3 Young's Double Slit (1801, d sin θ = mλ, 0.0100 mm and 633 nm example)
- NASA science.nasa.gov/ems (Introduction, Visible Light: 380 to 700 nm; atmospheric windows)
- NIST, c = 299 792 458 m/s exact (nist.gov/si-redefinition/meter)
- ISO 16:1975 (A = 440 Hz, iso.org/standard/3601.html).
Consultato il: 2026-10-17