P.Montagna set-14 Le onde Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag.1 LE...

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11/04/23

Le ondeFisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie

pag.1

LE ONDE

Fenomeni ondulatoriPeriodo e frequenzaLunghezza d’onda e velocitàLegge di propagazioneEnergia trasportataOnde meccaniche: il suonoOnde elettromagneticheVelocità della luceSpettro elettromagneticoEnergia dell’onda

elettromagnetica

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pag.2

Fenomeni ondulatori

onda elettromagnetica

E

B

x

Bo

Eo

v

mare suono

corda che vibra molla

Oscillazioni meccaniche

Oscillazioni elettromagnetiche

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pag.3

Onde trasversali e longitudinali

longitudinali vibrazione propagazione

esempio : onda di percussione in un solido

trasversali vibrazione propagazione

esempio :onda lungo una corda

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pag.4

Periodo e frequenza

Fenomeno periodico: f(t) = f(t+T)ritorna alla stessa configurazione dopo uno stesso intervallo

di tempoPeriodo T = minimo intervallo di tempo dopo il quale il fenomeno ritorna alla stessa

configurazione= durata di una oscillazione (unita’ di misura:

secondo).f(t) = A sen(2 t/T) = A sen[(2/T) t] = A sen(t)

pulsazione = 2/T = 2 = 1/T Hz=1/s

frequenza = n.oscillazioni/sec

Se 1 oscillazione dura n secondi,in 1 secondo ci sono 1/n oscillazioni

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pag.5

Ampiezza e energia di un’onda

S(t) = A sen(t + )

t

S(t)

+A

–A

o

T

=2T

= 2A = ampiezzaT = periodo= frequenza = fase[

ENERGIA DI UN’ONDA

E A2

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pag.6

Lunghezza d’onda e frequenza

sono direttamente proporzionali:

il loro prodotto e’ la velocita’

Legge di propagazione delle onde

Ogni onda si propaga con una propria velocita’ costante

Moto rettilineo uniforme:

x = v t = v TLunghezza d’onda

= minima distanza

dopo la quale il fenomeno riprende la stessa

configurazione = distanza percorsa in un periodo

(unita’ di misura: metro).

= v T = v/ = v

t

S(t)

t o

T

AS(0)

o o

x

S(x)

xo

A

S(0)

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pag.7

Oscillazioni smorzate e forzate

forze dissipative (attriti) energia dissipata

graduale diminuzione dell'ampiezza A

t

S(t)

o

SMORZATE

energia rifornita al sistema

graduale aumento dell'ampiezza A

S(t)

o t

FORZATE

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pag.8

Intensita’ di un’onda

Intensità = energia trasportata nell'unità di tempo attraverso l’unita’ di superficie

unità di misura:joule wattsm2= m2

r2r

S

SL’energia é costante (cons.energia)

L’intensità diminuisce con il quadrato della distanza

I = EtS

onda sferica: S=4r2

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pag.9

Il suono

suono : vibrazione meccanica delle particelle di un mezzo materiale (gas, liquido, solido)

punto di equilibriomolecola in moto

A x(t)

spostamenti delle particelle

compressioni e dilatazioni

fluidi :

addensamenti e rarefazioni

onda di pressione

sono vibrazionidi/tra molecole: serve la materia!

nel vuotoil suono

non si propaga

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pag.10

Caratteristiche del suono

vibrazione meccanica percepibile dal senso dell'udito (orecchio)

onda sonora :

orecchio umanosensibilità

20 Hz < < 2•104 Hzinfrasuoni ultrasuoni

v = varia = 344 m/s

vacqua = 1450 m/s 17.2 m < < 1.72 cm

72.5 m < < 7.25 cm{altezza frequenzatimbro composizione armonicaintensità E/(S•t)

Caratteristichedi un suono:

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pag.11

Onde elettromagnetiche

Una carica elettrica in motoemette o assorbe

onde elettromagnetichequando soggetta ad accelerazione B

E

t

E

B

x

Bo

Eo

v

Bo

Eo

T

Onda elettromagnetica:

“vibrazione” del campo elettrico

e del campo magneticoin direzione

perpendicolare a entrambi

Non serve materia: i campi si propagano anche nel vuoto!

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pag.12

Velocita’ della luce

Le onde elettromagnetiche si propaganoanche nel vuoto

secondo la consueta legge:

= vLa loro velocità nel vuoto è sempre

c = 3•108 m/s (= 300000 km/s)

E’ la velocità della lucema anche di tutte le altre onde elettromagnetiche.

E’ la massima velocità raggiungibile in natura.Nei mezzi materiali la velocità è c/n (<c).

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pag.13

Spettro elettromagnetico

= c E = h

ONDERADIO

MICROONDE

INFRA--ROSSOULTRA-

-VIOLETTO

RAGGIX

RAGGIGAMMA

102110–210–410–610–810–1010–1210–14(m) (m)

(Hz)

(Hz) 106108

3 108 Hz

1010101210141016101810201022

(cm)(mm)(m)(Å)(fermi) (nm)

VISIBILE

MeV keVGeV

(eV)

E103106109

700600500400

(nm)

colori

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pag.14

Energia dell’onda elettromagnetica

Le onde elettromagnetiche trasportano energiasotto forma di “particelle di luce” dette fotoni,

emessi o assorbiti in transizioni atomiche o molecolari.L’energia è proporzionale alla frequenza:

E = hcon h = 6.6•10-34 J•s (costante di Planck).

Nella luce visibile l’emissione o l’assorbimento dei fotonidetermina il colore dei corpi:

bianco = emissione di tutte le frequenze visibilinero = assorbimento di tutte le frequenze visibili

Luce gialla: = 600 nm = c/ = (3•108 m/s)/(6•10-7 m) = 0.5•1015 Hz = 5•1014 Hz E = h = (6.6•10-34 J•s)(5•1014 Hz) = 3.3 •10-19 J = 2 eV

Es.

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