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LE ONDE ELASTICHE
L'oscillazione prodotto in un punto eccitato (sorgente) si trasmette a punti contigui e da essa ancora oltre, generando un'onda. Nelle onde elastiche vi è un trasporto di energia cinetica da un estremo all'altro del sistema senza che vi sia un trasferimento di massa a determinarlo. Le spire della molla si allontanano e avvicinano. Esse ricevono e trasmettono non solo energia cinetica, ma anche energia potenziale elastica. Un'onda è una perturbazione che si propaga nello spazio, trasportando ener 121b13b gia senza spostamento di materia. Ha sempre origine da una sorgente che produce una perturbazione nello spazio che la circonda. Esistono molte tipi di onda di natura diversa perché usando sorgenti differenti si possono creare perturbazioni differenti. Ad esempio, un'onda elastica si chiama così, perché si propaga grazie alle proprietà del mezzo materiale in cui ha origine. Le forze elastiche non sono presenti solo nelle molle, ma anche nei liquidi e nei gas e in molti sistemi diversi. Un'onda si dice trasversale se le particelle del mezzo oscillano perpendicolarmente alla direzione nella quale si propaga onda. Si dice longitudinale, se le particelle del mezzo oscillano nella stessa direzione dell'onda. In alcune situazioni, un mezzo può sostenere onde sia trasversali che longitudinali, come le onde sismiche. Invece, le onde sonore si propagano soltanto in maniera longitudinale. Le onde sull'acqua sono il risultato della combinazione tra un moto longitudinale e trasversale. Ogni particella della superficie si muove descrivendo una traiettoria circolare. Quando l'acqua è poco profonda, il movimento delle particelle interessate all'onda, diventa ellittico e la traiettoria si fa sempre più schiacciata man mano che ci si avvicina al fondo. La velocità con la quale si propaga un'onda dipende dalla profondità del fondale. Le onde si possono propagare in un mezzo unidimensionale, bidimensionale e tridimensionale. Tutti i punti posti ad una data distanza da una sorgente sonora, dopo breve tempo saranno contemporaneamente investiti dall'onda sonora e vibreranno con la stessa fase. Una superficie caratterizzata dal fatto che tutti i suoi punti hanno la medesima fase di oscillazione si chiama fronte d'onda. Si può dire che le onde sonore si propagano in fronti d'onda sferici. Ci possono essere fronti d'onda diversi: piani, circolari e rettilinei. Per le onde circolari e rettilinee, una qualunque retta perpendicolare al fronte d'onda costituisce il raggio di propagazione dell'onda. I raggi sono paralleli nel caso delle onde piane e divergenti nel caso delle onde sferiche. Si parla di onde impulsive, quando la loro propagazione corrisponde ad un breve lasso di tempo. Si parla di onde periodiche quando esse sono generate da una sorgente che oscilla con moto periodico senza mai fermarsi. Un tipo di onde periodiche si chiamano onde armoniche, che sono delle onde in cui una stessa oscillazione si ripete in diversi periodi di tempo. Un Punto qualsiasi dell'onda oscilla quindi di moto armonico intorno alla sua posizione di equilibrio vibra con lo stesso periodo T e la stessa frequenza iniziale da cui ha avuto origine l'onda. Si dice lunghezza d'onda la distanza compresa tra due punti dell'onda in fase tra loro (due massimi o due minimi). L'ampiezza è definita come lo spostamento massimo dell'onda dal punto di equilibrio. La pulsazione è la quantità OMEGA = 2 f dove f è la frequenza dell'onda. Si parla di principio di sovrapposizione quando due onde si incrociano, le oscillazioni causate da ciascuna onda, si sommano tra loro e la perturbazione che ne risulta è data dalla somma delle perturbazioni che ciascuna onda produrrebbe singolarmente. Il principio non vale per onde sismiche e per onde che si propagano nella membrana di gomma. Due o più onde che si sovrappongano in una stessa zona dello spazio danno spesso luogo a un fenomeno di interferenza.
IL SUONO
L'effetto Doppler si verifica ogni volta che una sorgente di onde e l'osservatore sono in moto relativo rispetto all'altro. Il suono udito dall'osservatore ha frequenza f1 che è diversa dal suono emesso f. Se la sorgente è ferma e l'osservatore si muove con velocità ur, allora f1 = [(v ± ur) / v ] f. Il segno + serve se l'osservatore si avvicina mentre il meno se si allontana. Se invece l'osservatore è fermo e la sorgente si muove con velocità us allora f1 = [v / (v ± us)] f. Il segno meno, se la sorgente si avvicina se no +.
LE ONDE LUMINOSE
Modello corpuscolare della luce: Ipotizza che la luce consista di un flusso di particelle microscopiche che sono emesse di continuo dalle sorgenti luminose. I raggi di luce dell'ottica geometrica non sono altro che le traiettorie delle particelle di luce ipotizzate dalla teoria corpuscolare. Modello ondulatorio della luce: Ipotizza che la luce sia un'onda. I fenomeni di interferenza e diffrazione che si studiano in questo capitolo si possono spiegare soltanto se si ammette che la luce sia un'onda. Velocità della luce in un mezzo materiale trasparente: La luce si propaga in un mezzo trasparente con indice di rifrazione assoluto n alla velocità di v=c/n dove c indica la velocità della luce nel vuoto. Diffrazione: Se un fascio di luce colpisce un ostacolo che ha dimensioni confrontabili o minori della sua lunghezza d'onda, il fascio di luce aggira l'ostacolo e invade la cosiddetta zona d'ombra. Se incide su una fenditura sottile, esso è allargato. Se il fascio di luce è di un solo colore e si pone uno schermo al di là della fenditura, su di esso compaiono delle frange chiare e scure alternate. Interferenza: Quando le onde emesse da due sorgenti diverse si sovrappongono, i loro effetti si accumulano, in modo tale che in alcuni punti i loro effetti si sommano (i. costr.) mentre altri si cancellano (i. dist.). Esperimento della doppia fenditura: Se facciamo passare la luce di un solo colore attraverso due fenditure, su uno schermo posto di fronte a esse si alternano della zona di luce e delle zone scure. Chiamando y la distanza tra la frangia luminosa centrale e la prima frangia laterale, d la distanza tra le due fenditure e l quella tra il piano delle fenditure e lo schermo, la lunghezza d'onda della luce è data da LAMBDA = y (d/l). Colore: La sensazione visiva del colore dipende dalla particolare lunghezza d'onda (o frequenza) della luce che colpisce l'occhio. La luce visibile ha lunghezze d'onda che sono comprese tra 380 e 750 nm. Assorbimento della luce: Ogni oggetto assorbe la luce di determinate lunghezze d'onda e diffonde la luce che assorbe. Il suo colore corrisponde a quello che esso diffonde in misura maggiore. Emissione della luce: I corpi solidi portati all'incandescenza emettono uno spettro continuo. I gas riscaldati ad alta temperatura o attraversati da una corrente elettrica emettono invece uno spettro a righe. I colori dell'arcobaleno non sono altro che lo spettro continuo emesso dal sole, rifratto dalla pioggia. Spettri di emissione e assorbimento: Ogni sostanza emette le stesse radiazioni che è in grado di assorbire. Studiando la luce emessa da un corpo è possibile sapere quali sono le sostanze che lo compongono.
IL MODELLO ATOMICO
Modello a panettone: Thomson immaginava l'atomo come se fosse formato da una sfera di carica positiva (delle dimensioni dell'atomo) al cui interno si trovano gli elettroni sparsi. Esperimento di Rutherford: Particelle positive alfa (che si comportano da sonde e vedono all'interno della materia) ad alta velocità sono inviate contro una lamina d'oro molto sottile. Se il modello atomico a panettone fosse corretto, tutte le particelle dovrebbero subire soltanto piccole deviazioni. Al contrario, Rutherford trovò che alcune particelle erano deviate quasi all'indietro. Modello atomico planetario: I risultati dell'esperimento di Rutherford indicavano che la carica elettrica positiva non è diffusa, come nel modello a panettone, ma concentrata in una zona (nucleo atomico). Si può immaginare che gli elettroni orbitino intorno al nucleo come i pianeti attorno al sole, ma solo su alcune orbite permesse. Numero atomico (Z): è u numero intero che indica la carica q del nucleo come multiplo di una carica positiva +e uguale e opposta a quella dell'elettrone: q = +Ze. Visto che l'atomo è neutro, Z è anche il numero di elettroni contenuti nell'atomo, quando esso non è ionizzato. Modello atomico di Bohr: Egli si rese conto che il modello atomico planetario non è stabile perché, secondo le leggi fisiche conosciute fino ad allora, gli elettroni avrebbero dovuto cadere sul nucleo in breve tempo. Dal momento che ciò non accadeva, Bohr ipotizzò che gli elettroni possono orbitare soltanto su orbite ben definite e che quando l'elettroni si trova su una di queste orbite è stabile. Il modello atomico di Bohr permette di calcolare i raggi delle orbite permesse. Energia totale di legame di un elettrone in un atomo: è data dal lavoro che è necessario per strappare l'elettrone dall'atomo. E' una grandezza positiva che è uguale ed opposta all'energia totale dell'elettrone stesso.
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