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ONDA - Onde trasversali, Onde longitudinali

fisica


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ONDA: il moto circolare uniforme è la causa dei moti armonici. Le onde sono una successione di perturbazioni attraverso un mezzo elastico (legge di Hoock) e si propagano nello spazio e nel tempo. Si dividono in meccaniche e elettromagnetiche (si trasmettono anche nel vuoto).

Onde trasversali: il movimento oscillatorio e la velocità di propagazione hanno direzioni perpendicolari. Un'onda trasversale che vibra su un unico piano si dice polarizzata.

Onde longitudinali: il movimento oscillatorio e la velocità di propagazione hanno la stessa direzione (si muovono per espansione e compressione). Le onde long. non possono essere polarizzate perché viaggiano già su un unico piano.

* su un solido(corda)l'onda passa punto per punto

* sull'acqua passa per circonferenze (all'interno di fluidi però non posso avere onde trasversali)

* nell'aria passa una sfera

Fronte d'onda: luogo geometrico dell'insieme di punti di una o più onde aventi uguale spostamento (o fase)  dalla posizione di equilibrio.



La riflessione: è un fenomeno che avviene quando le onde incontrano un ostacolo che interrompe la direzione della loro propagazione. La retta di direzione dell'onda incidente, della normale all'ostacolo e dell'onda riflessa giacciono sullo stesso piano e l'angolo di incidenza è uguale all'angolo di riflessione.

La rifrazione:quando un'onda entra in un mezzo diverso dal primo la velocità e la forma cambiano: se il secondo mezzo è più denso del primo la velocità e la forma diminuiscono, se il secondo mezzo è meno denso del primo velocità e forma aumentano.

L'interferenza: quando due onde generate da differenti sorgenti, muovendosi nello stesso mezzo di propagazione osserviamo che nell'incontro le perturbazioni delle singole onde si combinano formando una nuova onda: se l'ampiezza della nuova onda in valore assoluto è maggiore dei quella delle onde singole si parla di interferenza costruttiva, se la cresta di un'onda si somma al ventre di un'altra e l'ampiezza risultante è nulla si parla di interferenza distruttiva.

La diffrazione: Principio di Huygens: ciascun punto di un fronte d'onda si può considerare una sorgente elementare di altri onde che si propagano nella medesima direzione del fronte d'onda stesso. Il fronte d'onda successivo è il risultato dell'inviluppo(insieme punti fronte d'onda)di tutte le onde elementari(circolari).

SUONO: il suono è l'insieme delle perturbazioni meccaniche che modificano la densità dell'aria(o del mezzo in cui si propagano), creando successive compressioni e decompressioni secondo le modalità dell'onda longitudinale.

Frequenze percepibili dall'uomo: >16-20 e <16000-20000 Hz

Riflessione(eco): quando la lunghezza d'onda incidente è di ordine di grandezza inferiore rispetto alle dimensioni dell'ostacolo essa viene riflessa completamente. 

Diffrazione: quando la lunghezza d'onda incidente è di ordine di grandezza uguale(o maggiore) essa riesce ad aggirare l'ostacolo per diffrazione.

I battimenti: il fenomeno dei battimenti si verifica quando interferiscono nella stessa regione di spazio due onde di frequenza non troppo diverse l'una dall'altra, l'onda risultante da questa sovrapposizione ha un'intensità variabile periodicamente.

Boom Sonico: quando la velocità della sorgente si approssima a quella del suono, le creste dell'onda, in anticipo in condizioni normali rispetto alla sorgente, sono raggiunte dalla sorgente stessa.



LUCE: La luce ha una duplice natura: corpuscolare e ondulatoria. Durante il '700 e l'800 vinceva la teoria corpuscolare di Newton che spiegava la luce come un insieme di particelle fisiche, piccolissime, che si muovevano attraverso rette, chiamati raggi, e rispettavano le leggi della meccanica. All'ottica geometrica di Newton si contrapponeva anche un'altra teoria, quella di Huygens, che considerava la luce con un'onda che si può propagare oltre che nei materiali anche nel vuoto (o etere). Nel '900 grazie a Planck, Einstein e Maxwell si arriva all'unificazione e all'accettazione di entrambi i modelli: la luce è un'onda elettromagnetica, un'insieme di particelle infinitesimi (fotoni) che si muovono nello spazio come delle onde.

Riflessione: secondo il modello corpuscolare la riflessione della luce è analoga all'urto dei particelle dotate di massa: il raggio incidente, riflesso e la normale alla superficie riflettente giacciono nello stesso piano e l'angolo che il raggio incidente forma con la normale alla superficie di separazione è uguale all'angolo di riflessione.

Specchi piani: forniscono un'immagine diritta e delle stesse dimensioni della sorgente. Essa forma su un piano perpendicolare alla superficie dello specchio in una posizione simmetrica al di là dello specchio stesso, che funge da piano di simmetria: l'immagine è virtuale perché i raggi luminosi che colpiscono l'occhio di un osservatore non partono effettivamente dal punto immagine, ma da un punto al di là dello specchio che è il luogo di incontro dei prolungamenti dei raggi riflessi. Quando la superficie riflettente non è perfettamente liscia, ma ruvida e piena di asperità si ha il fenomeno della diffusione della luce: la riflessione dei raggi avviene in tutte le direzioni.

Specchi concavi sferici-parabolici o osculanti:

- Oggetto tra il centro e il fuoco: immagine capovolta e ingrandita al di là del centro.

- Oggetto nel centro: capovolta sul centro, ma di dimensioni uguali.

- Oggetto nel fuoco: non avviene la riflessione e non c'è nessuna immagine.

- Oggetto tra il fuoco e il vertice: l'immagine è virtuale, diritta e ingrandita al di là dello specchio.

Valgono le leggi dei punti coniugati e di ingrandimento lineare.

Specchi concavi: L'immagine che si formerà sarà sempre virtuale, diritta, rimpicciolita e posta tra il vertice e il fuoco. La legge dei punti congiunti vale ancora e quella di ingrandimento lineare sarà:

Lenti convergenti ():

- Se la sorgente è oltre a 2F, formerà n'immagine reale tra F e 2F dall'altra parte, rimpicciolita e capovolta.

- Se la sorgente è su 2F si formerà un'immagine capovolta, reale e uguale su 2F dall'altra parte.

- Se la sorgente è tra F e V formerà un'immagine virtuale, non capovolta, dalla stessa parte e ingrandita.

- Se la sorgente è su F non si formerà nessuna immagini da entrambe le parti.

Lenti divergenti )(: - Qualsiasi sia la posizione della sorgente l'immagine è virtuale, dritta e rimpicciolita.

Per la Presbiopia (il cristallino perde elasticità e la distanza della visione distinta si allunga da 25 cm a 45 cm circa): lenti convergenti che accorciano la distanza focale. Miopia (difetto nella visione da lontano          -immagine confusa e sfocata-): lenti divergenti. Ipermetropia: lenti convergenti che accorciano la distanza focale del cristallino. Astigmatismo (non perfetta sfericità del cristallino o aberrazione sferica): lenti a forma cilindrica.

Rifrazione: Secondo il modello corpuscolare la rifrazione avviene perché esistono mezzi trasparenti, che sono mezzi di propagazione, che riescono a deviare la traiettoria dei raggi luminosi. Il raggio incidente, quello riflesso e quello rifratto giacciono nello stesso pian o della normale alla superficie di separazione dei due mezzi.




Legge di Snell:

- se il secondo mezzo è rinfrangente il raggio rifratto si avvicina alla normale.

- se il secondo mezzo è meno rinfrangente il raggio rifratto si allontana dalla normale.

Riflessione totale: se aumentiamo il valore dell'angolo di incidenza, si giunge a un valore detto angolo limiti (circa 42°) per cui l'angolo di rifrazione è uguale a 90°. Aumentando ancora il valore dell'angolo di incidenza, il raggio rifratto non si propaga più e si ha solo il raggio riflesso. Le fibre ottiche utilizzano la riflessione totale, che sono più vantaggiose: costi bassi, attenuazione minima del segnale, immuni da interferenze e avendo frequenze molto più alte dei normali fili telefonici permettono di trasportare più informazioni.

Interferenza(di Young): quando un fenomeno fisico è riconducibile alla diffrazione o all'interferenze allora si deve propagare come un'onda. il fenomeno dell'interferenza come quello della diffrazione, non può essere spiegato attraverso il modello corpuscolare poiché è un fenomeno strettamente legato alla natura ondulatoria della luce. Poniamo un laser (1*10-3 Watt - il laser ha una lunghezza d'onda di 800 nm cioè 8*10-9 m, quindi possiamo evitare di utilizzare una lente convergente che fa propagare la luce parallelamente all'asse ottico) e facciamo incidere il suo fascio luminoso su uno schermo in cui sono praticate due sottili fenditure, al di là è posto uno schermo o superficie opaca che raccoglie la luce. Sullo schermo si formano zone illuminate alternate a zone d'ombra che interferendo fra loro in alcuni punti si compongono costruttivamente dando origine alle strisce di luce, in altri punti si compongono distruttivamente, creando così zone d'ombra.

Le due fessure, che devono essere minori alla lunghezza d'onda del laser affinché l'esperimento avvenga, sono come due nuove sorgenti che danno luogo a nuove onde elementari che, muovendosi nello stesso mezzo di propagazione, si incontrano. Se le onde sono entrambe in fase interferiscono costruttivamente, generando così le strisce di luce, se sono in opposizione di fase, annullano la lunghezza d'onda e generano zone d'ombra.

Ricordiamo l'interferenza delle onde: quando due onde generate da differenti sorgenti, muovendosi nello stesso mezzo di propagazione osserviamo che nell'incontro le perturbazioni delle singole onde si combinano formando una nuova onda: se l'ampiezza della nuova onda in valore assoluto è maggiore dei quella delle onde singole si parla di interferenza costruttiva, se la cresta di un'onda si somma al ventre di un'altra e l'ampiezza risultante è nulla si parla di interferenza distruttiva.

Diffrazione(di Fresnel): Ricordando il principio di Huygens della diffrazione, che afferma che ciascun punto di un fronte d'onda si può considerare una sorgente elementare di altri onde che si propagano nella medesima direzione del fronte d'onda stesso e che il fronte d'onda successivo è il risultato dell'inviluppo (insieme punti fronte d'onda) di tutte le onde elementari(circolari), si può constatare che anche nella luce avviene il fenomeno della diffrazione. Se poniamo dopo il laser uno schermo con una fenditura, notiamo la proprietà della luce di poter aggirare gli ostacoli: sullo schermo opaco infatti appare una striscia luminosa centrale, affiancata da altre zone illuminate di intensità decrescente e larghezza variabile alternate a zone d'ombra. L'alternanza di luce e ombra dipende dalla distanza dello schermo ed è causata dall'interferenza di tutte le innumerevoli sorgenti elementari che attraversano la fenditura secondo il principio di Fraunhofer.







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