Parametri caratteristici delle onde sonore

Parametri caratteristici delle onde sonore

Questa animazione spiega le caratteristiche più importanti delle onde attraverso l'esempio delle onde sonore.

Fisica

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Domande

  • Vero o falso?\nSe gridiamo ad alta voce, il suono si propaga più velocemente.
  • Vero o falso?\nLa velocità di propagazione dell'onda dipende dalla frequenza.
  • Qual è l'unità di misura della frequenza?
  • da cosa è descritto il numero di vibrazioni prodotte in un secondo?
  • Che tipo di rapporto c'è tra la frequenza e la lunghezza d'onda?
  • Che tipo di rapporto c'è tra la frequenza e l'ampiezza?
  • Qual è l'unità di misura dell'ampiezza?
  • In quale mezzo si diffonde più velocemente il suono: in acqua o in aria?
  • Che tipo di rapporto c'è tra la frequenza e la velocità di propagazione?
  • Qual è la velocità del suono in aria ad una temperatura di 15 °C?
  • Che cos'è l'ultrasuono?
  • Qual è la differenza di fase tra due particelle che vibrano in sincronia?
  • È vero che le onde sonore che si propagano in un gas sono sempre longitudinali?
  • Che cos'è un fronte d'onda?
  • Qual è la lunghezza d'onda di un suono di 20.000 Hz che si propaga in aria a livello del mare? (C=f*λ)

Scene

Formazione di un'onda

  • fronte d'onda - È una superficie formata da particelle che vibrano nella stessa fase.
  • lunghezza d'onda (λ) - È la distanza tra due fronti d'onda consecutivi. Il suo simbolo è λ (lambda). In realtà, in condizioni normali la lunghezza d'onda del suono udibile è compresa tra 16 mm e 16 m, e la sua velocità di propagazione è di circa 340 m/s.
  • particella - Le particelle oscillano.
  • Velocità di propagazione - È una quantità che caratterizza il mezzo stesso, non è equivalente alla velocità delle particelle.
  • Frequenza - Il numero di vibrazioni prodotte in un secondo.
  • Ampiezza - È il valore massimo dei parametri di vibrazione. In caso di un suono, l'ampiezza è identificata generalmente con il valore massimo della pressione atmosferica o dello spostamento. In questo caso viene percepita come volume. È indipendente dalla frequenza e dalla velocità del suono.
  • altezza
  • altoparlante - L'altoparlante emette onde sonore longitudinali. Il suono, come qualsiasi altra onda, è caratterizzato da parametri come lunghezza d'onda, frequenza, velocità di propagazione e ampiezza.

Formazione delle onde

Un'onda è una perturbazione si propaga attraverso un mezzo. Esistono vari tipi di onde a seconda delle caratteristiche del mezzo e della sorgente della perturbazione.
I tipi più semplici sono le onde meccaniche che attraversano un gas, come le onde sonore che viaggiano attraverso l'aria. La sorgente sonora trasmette il proprio movimento alle molecole d'aria che trasmettono la vibrazione a quelle adiacenti, che a loro volta ad altre ancora. Questo processo si ripete con molecole sempre più distanti, così la vibrazione si propaga.
Se la direzione di movimento delle particelle è parallela alla direzione di propagazione dell'onda, si tratta di onde longitudinali. Il suono che si propaga in aria è sempre costituito da onde longitudinali. L'aria, che viene compressa e si espande, forma fronti d'onda. La distanza tra due fronti d'onda è detta lunghezza d'onda. Se la velocità di propagazione del suono aumenta, aumenta anche la sua lunghezza d'onda.

Velocità di propagazione

  • fronte d'onda - È una superficie formata da particelle che vibrano nella stessa fase.
  • lunghezza d'onda (λ) - È la distanza tra due fronti d'onda consecutivi. Il suo simbolo è λ (lambda). In realtà, in condizioni normali la lunghezza d'onda del suono udibile è compresa tra 16 mm e 16 m, e la sua velocità di propagazione è di circa 340 m/s.
  • particella - Le particelle oscillano.
  • Velocità di propagazione - È una quantità che caratterizza il mezzo stesso, non è equivalente alla velocità delle particelle.
  • Frequenza - Il numero di vibrazioni prodotte in un secondo.
  • Ampiezza - È il valore massimo dei parametri di vibrazione. In caso di un suono, l'ampiezza è identificata generalmente con il valore massimo della pressione atmosferica o dello spostamento. In questo caso viene percepita come volume. È indipendente dalla frequenza e dalla velocità del suono.
  • altezza
  • altoparlante - L'altoparlante emette onde sonore longitudinali. Il suono, come qualsiasi altra onda, è caratterizzato da parametri come lunghezza d'onda, frequenza, velocità di propagazione e ampiezza.

Velocità di propagazione

La velocità di propagazione è la velocità con la quale i fronti d'onda si propagano in un mezzo. Questa non è equivalente alla velocità a cui viaggiano le particelle stesse. La velocità di propagazione del suono dipende principalmente dalla qualità del mezzo in cui viaggia, ma anche da molti altri fattori, come ad esempio la temperatura del mezzo.

La velocità di propagazione del suono in aria è pari a circa 1.200 km/h a 0 °C, mentre ad una una temperatura di -57 °C è pari a soli 1.200 km/h.
In un mezzo solido la velocità del suono può essere molto più alta.

Frequenza

  • fronte d'onda - È una superficie formata da particelle che vibrano nella stessa fase.
  • lunghezza d'onda (λ) - È la distanza tra due fronti d'onda consecutivi. Il suo simbolo è λ (lambda). In realtà, in condizioni normali la lunghezza d'onda del suono udibile è compresa tra 16 mm e 16 m, e la sua velocità di propagazione è di circa 340 m/s.
  • particella - Le particelle oscillano.
  • Velocità di propagazione - È una quantità che caratterizza il mezzo stesso, non è equivalente alla velocità delle particelle.
  • Frequenza - Il numero di vibrazioni prodotte in un secondo.
  • Ampiezza - È il valore massimo dei parametri di vibrazione. In caso di un suono, l'ampiezza è identificata generalmente con il valore massimo della pressione atmosferica o dello spostamento. In questo caso viene percepita come volume. È indipendente dalla frequenza e dalla velocità del suono.
  • altezza
  • altoparlante - L'altoparlante emette onde sonore longitudinali. Il suono, come qualsiasi altra onda, è caratterizzato da parametri come lunghezza d'onda, frequenza, velocità di propagazione e ampiezza.

Frequenza

Il numero dei fronti d'onda che raggiungono l'osservatore in un secondo è chiamato frequenza.
In caso di onde sonore, maggiore è la frequenza di un suono, più acuto viene percepito il suono. I suoni più gravi sono frequenza più bassa.
La frequenza viene misurata in hertz (Hz). Ad esempio, se si percepisce un suono di una frequenza di 1.000 Hz, 1.000 fronti sonori raggiungono le nostre orecchie in un secondo.
Più alta è la velocità di propagazione e minore è la lunghezza d'onda, maggiore è la frequenza. La relazione tra questi tre parametri può essere descritta dalla seguente formula:
c=f*λ
(Dove c è la velocità di propagazione, f è la frequenza e λ è la lunghezza d'onda).
L'orecchio umano è in grado di rilevare le onde sonore con frequenze comprese tra 20 e 20.000 Hz. I suoni bassi profondi che hanno una frequenza inferiore a 20 Hz sono chiamati infrasuoni. Ad esempio, gli elefanti emettono infrasuoni. I suoni molto taglienti che hanno una frequenza superiore 20.000 Hz sono chiamati ultrasuoni.
I pipistrelli e delfini utilizzano gli ultrasuoni per orientarsi.

Ampiezza

  • fronte d'onda - È una superficie formata da particelle che vibrano nella stessa fase.
  • lunghezza d'onda (λ) - È la distanza tra due fronti d'onda consecutivi. Il suo simbolo è λ (lambda). In realtà, in condizioni normali la lunghezza d'onda del suono udibile è compresa tra 16 mm e 16 m, e la sua velocità di propagazione è di circa 340 m/s.
  • particella - Le particelle oscillano.
  • Velocità di propagazione - È una quantità che caratterizza il mezzo stesso, non è equivalente alla velocità delle particelle.
  • Frequenza - Il numero di vibrazioni prodotte in un secondo.
  • Ampiezza - È il valore massimo dei parametri di vibrazione. In caso di un suono, l'ampiezza è identificata generalmente con il valore massimo della pressione atmosferica o dello spostamento. In questo caso viene percepita come volume. È indipendente dalla frequenza e dalla velocità del suono.
  • altezza
  • altoparlante - L'altoparlante emette onde sonore longitudinali. Il suono, come qualsiasi altra onda, è caratterizzato da parametri come lunghezza d'onda, frequenza, velocità di propagazione e ampiezza.

Ampiezza

L'intensità del suono che può essere percepita dall'orecchio umano non dipende né dalla frequenza né dalla velocità di propagazione.
L'intensità sonora è determinata dall'ampiezza della vibrazione. In altre parole, essa è determinata dallo spostamento massima delle particelle del mezzo in un dato luogo.
In caso di onde non meccaniche l'ampiezza non può essere interpretata come spostamento massimo, quindi si riferisce al valore massimo di un altro parametro. In caso di onde elettromagnetiche l'ampiezza può essere interpretata come intensità di campo o massima tensione.
Se i fronti d'onda formano una linea retta o un piano, l'ampiezza della vibrazione non diminuisce durante la propagazione. In generale i fronti d'onda sono sferici, perciò la loro energia viene distribuita nello spazio e la sua ampiezza diminuisce allontanandosi dalla sorgente di perturbazione.

Fase

  • Fasi d'onda - La differenza di fase tra due particelle oscillanti in fase è pari a 0, mentre tra quelle in controfase è di 180 gradi.

Fase

Poiché la vibrazione è un processo periodico correlato al moto circolare, la posizione di una particella in un periodo può essere caratterizzata da un angolo di fase tra 0-360 gradi. Lo spostamento di una particella rispetto alla sua posizione di equilibrio dipende dalla fase.
Le particelle che oscillano nella stessa fase si muovono in sincronia, la differenza di fase fra loro è pari a 0. Se la differenza tra due particelle oscillanti è di 180 gradi, le particelle si muovono sempre in direzioni opposte (in controfase). Se la differenza di fase è pari a 90 gradi, le particelle sono sempre in quadratura di fase.

Narrazione

Formazione delle onde

Un'onda è una perturbazione si propaga attraverso un mezzo. Esistono vari tipi di onde a seconda delle caratteristiche del mezzo e della sorgente della perturbazione.
I tipi più semplici sono le onde meccaniche che attraversano un gas, come le onde sonore che viaggiano attraverso l'aria. La sorgente sonora trasmette il proprio movimento alle molecole d'aria che trasmettono la vibrazione a quelle adiacenti, che a loro volta ad altre ancora. Questo processo si ripete con molecole sempre più distanti, così la vibrazione si propaga.
Se la direzione di movimento delle particelle è parallela alla direzione di propagazione dell'onda, si tratta di onde longitudinali. Il suono che si propaga in aria è sempre costituito da onde longitudinali. L'aria, che viene compressa e si espande, forma fronti d'onda. La distanza tra due fronti d'onda è detta lunghezza d'onda. Se la velocità di propagazione del suono aumenta, aumenta anche la sua lunghezza d'onda.

Velocità di propagazione

La velocità di propagazione è la velocità con la quale i fronti d'onda si propagano in un mezzo. Questa non è equivalente alla velocità a cui viaggiano le particelle stesse.
La velocità di propagazione del suono dipende principalmente dalla qualità del mezzo in cui viaggia, ma anche da molti altri fattori, come ad esempio la temperatura del mezzo.

La velocità di propagazione del suono in aria è pari a circa 1.200 km/h a 0 °C, mentre ad una una temperatura di -57 °C è pari a soli 1.200 km/h.
In un mezzo solido la velocità del suono può essere molto più alta.

Frequenza

Il numero dei fronti d'onda che raggiungono l'osservatore in un secondo è chiamato frequenza.
In caso di onde sonore, più la frequenza di è elevata e più il suono ci sembrerà acuto. I suoni più gravi hanno frequenze più basse.
La frequenza viene misurata in hertz (Hz). Ad esempio, se si percepisce un suono di una frequenza di 1.000 Hz, 1.000 fronti d'onda sonori raggiungono le nostre orecchie in un secondo.
Più alta è la velocità di propagazione e minore è la lunghezza d'onda, maggiore è la frequenza.
L'orecchio umano è in grado di rilevare le onde sonore con frequenze comprese tra 20 e 20.000 Hz. I suoni gravi che hanno una frequenza inferiore a 20 Hz sono chiamati infrasuoni. Ad esempio, gli elefanti emettono infrasuoni. I suoni molto acuti che hanno una frequenza superiore a 20.000 Hz sono chiamati ultrasuoni.
I pipistrelli e delfini utilizzano gli ultrasuoni per orientarsi.

Ampiezza

L'intensità del suono che può essere percepito dall'orecchio umano non dipende né dalla frequenza né dalla velocità di propagazione.
L'intensità sonora è determinata dall'ampiezza della vibrazione. In altre parole, essa è determinata dallo spostamento massima delle particelle del mezzo in un dato luogo.
In caso di onde non meccaniche l'ampiezza non può essere interpretata come spostamento massimo, quindi si riferisce al valore massimo di un altro parametro. In caso di onde elettromagnetiche l'ampiezza può essere interpretata come intensità di campo o massima tensione.
Se i fronti d'onda formano una linea retta o un piano, l'ampiezza della vibrazione non diminuisce durante la propagazione. In generale i fronti d'onda sono sferici, perciò la loro energia viene distribuita nello spazio e la sua ampiezza diminuisce allontanandosi dalla sorgente di perturbazione.

Fase

Poiché la vibrazione è un processo periodico correlato al moto circolare, la posizione di una particella in un periodo può essere caratterizzata da un angolo di fase tra 0-360 gradi. Lo spostamento di una particella rispetto alla sua posizione di equilibrio dipende dalla fase.
Le particelle che oscillano nella stessa fase si muovono in sincronia, la differenza di fase fra loro è pari a 0. Se la differenza tra due particelle oscillanti è di 180 gradi, le particelle si muovono sempre in direzioni opposte (in controfase). Se la differenza di fase è pari a 90 gradi, le particelle sono sempre in quadratura di fase.

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