Suono
Il 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.
Onde di pressione nell'aria
Quando la membrana di un tamburo si sposta verso l'esterno comprime l'aria vicina; quando torna indietro lascia una zona di pressione leggermente inferiore. Queste compressioni e rarefazioni si trasmettono da una molecola all'altra come un'onda longitudinale. L'aria vicino al tuo orecchio non arriva dal tamburo: oscilla avanti e indietro di pochissimo mentre la variazione di pressione avanza. OpenStax osserva che, per il suono più debole udibile da una persona, le molecole d'aria si spostano di meno di un diametro molecolare.
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Quanto è veloce il suono?
Durante uno spettacolo di fuochi d'artificio puoi notare che il suono impiega tempo a propagarsi: prima arriva il lampo, poi il botto. OpenStax indica per il suono nell'aria una velocità di 331 m/s a 0 °C e di 343 m/s a 20 °C, e fornisce una formula per l'aria al livello del mare: v = 331 m/s × √(T / 273 K), con T in kelvin. Nell'aria più calda le molecole si muovono più velocemente e trasmettono la spinta più in fretta, ma la variazione è contenuta. Passando da 0 °C a 20 °C la velocità aumenta di meno del 4%. Dal valore di 343 m/s deriva una regola utile: il suono impiega circa 3 secondi per percorrere un chilometro, quindi contare i secondi tra lampo e tuono permette di stimare la distanza.
Il suono è più veloce nei liquidi e nei solidi che nell'aria, perché sono molto più difficili da comprimere. La velocità dipende dalla rigidità e dalla densità del materiale: maggiore rigidità significa maggiore velocità e, a rigidità simile, il materiale più leggero trasmette il suono più rapidamente. OpenStax riporta i valori per numerosi materiali. La gomma è un'eccezione con una velocità bassa, perché è molto deformabile.
| Mezzo | Velocità del suono (m/s) |
|---|---|
| Aria, 0 °C | 331 |
| Aria, 20 °C | 343 |
| Elio, 0 °C | 965 |
| Acqua dolce, 20 °C | 1480 |
| Acqua marina, 20 °C | 1540 |
| Acciaio | 5960 |
| Gomma vulcanizzata | 54 |
Altezza del suono, intervallo udibile ed eco
Percepiamo la frequenza di un suono come altezza. Chi ha un buon udito riesce di solito a sentire da circa 20 Hz a 20 000 Hz. I suoni sopra questo intervallo si chiamano ultrasuoni, quelli sotto infrasuoni. Nell'intervallo udibile la velocità dipende pochissimo dalla frequenza. OpenStax lo illustra con una banda musicale in marcia: se le note acute viaggiassero più velocemente di quelle gravi, agli ascoltatori lontani la musica arriverebbe fuori tempo, ma non accade.
Il suono si riflette sulle superfici dure e il suono di ritorno è un'eco. Se batti le mani davanti a una parete rocciosa e senti l'eco 2 secondi dopo, il suono ha percorso il tragitto di andata e ritorno: la parete si trova quindi a 343 × 2 ÷ 2 ≈ 343 m. I pipistrelli usano gli echi per trovare gli insetti e l'ecografia usa gli echi di frequenze molto alte provenienti dall'interno del corpo. Poiché le lunghezze d'onda dei suoni udibili vanno dai centimetri a molti metri, il suono aggira anche porte e angoli: ecco perché puoi sentire una persona nella stanza accanto senza vederla.
Sensazione sonora e decibel
La sensazione di intensità sonora dipende dall'intensità dell'onda, cioè dalla potenza che attraversa ogni metro quadrato. L'orecchio copre un intervallo enorme: il suono più debole a 1000 Hz ha un'intensità di circa 10⁻¹² W/m², mentre un suono che danneggia l'udito in pochi secondi è circa 10¹² volte più intenso. Per avere numeri più comodi usiamo la scala dei decibel, β = 10 log₁₀(I / I₀), con I₀ = 10⁻¹² W/m². Ogni aumento dell'intensità di un fattore 10 aggiunge 10 dB; raddoppiare l'intensità aggiunge circa 3 dB. OpenStax colloca una conversazione normale intorno a 60 dB e un concerto rock ad alto volume intorno a 120 dB, la soglia del dolore. Una nota aggiunge che diversi enti pubblici e sanitari raccomandano di non superare 85 dB per 8 ore al giorno senza protezioni per l'udito.
- Usa v = 331 m/s × √(T/273 K). Qual è la velocità del suono a 30 °C (303 K)? Arrotonda a una cifra decimale.
- Vedi un lampo e senti il tuono 6.0 s dopo. Con il suono a 343 m/s, a quale distanza è caduto il fulmine, in km? Arrotonda a due cifre decimali.
- Batti le mani davanti a una parete rocciosa e senti l'eco 2.0 s dopo. Il suono viaggia a 343 m/s. Quanto dista la parete?
- In quale di questi mezzi il suono si propaga più velocemente?
- Acciaio
- Acqua dolce
- Aria a 20 °C
- Elio
- Perché gli astronauti non possono sentirsi gridare attraverso lo spazio vuoto?
- Il suono ha bisogno di un mezzo per propagarsi
- Nello spazio il suono viaggia troppo velocemente
- Lo spazio è troppo freddo per il suono
- Le loro voci sono troppo acute
- Quante volte è più intenso un suono di 90 dB rispetto a uno di 60 dB?
- 1000 volte
- 30 volte
- 3 volte
- 1.5 volte
- Due altoparlanti identici emettono lo stesso suono, raddoppiando l'intensità. Il livello aumenta di circa…
- 3 dB
- 10 dB
- 2 dB
- 20 dB
- A 20 °C (343 m/s), qual è la lunghezza d'onda del suono più grave udibile dall'essere umano, a 20 Hz? Arrotonda a una cifra decimale.
- Quale proprietà del suono percepiamo come altezza?
- Frequenza
- Ampiezza
- Velocità
- Temperatura
- In un'onda sonora nell'aria, le molecole d'aria…
- Oscillano avanti e indietro nella direzione di propagazione
- Volano dalla sorgente al tuo orecchio
- Si muovono su e giù perpendicolarmente alla direzione di propagazione
- Restano perfettamente immobili
- Il suono è un'onda longitudinale di pressione e richiede un mezzo.
- Nell'aria: 331 m/s a 0 °C, 343 m/s a 20 °C; v = 331 √(T/273 K).
- Più veloce nei liquidi e nei solidi: acqua 1480 m/s, acciaio 5960 m/s.
- Udito: da circa 20 Hz a 20 000 Hz. +10 dB = intensità × 10, +3 dB ≈ intensità × 2.
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