Le onde acustiche

Le onde acustiche

il suono è un'oscillazione (un movimento nello spazio) compiuta dalle particelle (atomi e molecole) in un mezzo. Le oscillazioni sono spostamenti delle particelle, intorno alla posizione di riposo e lungo la direzione di propagazione dell'onda, provocati da movimenti vibratori, provenienti da un determinato oggetto, chiamato sorgente del suono, il quale trasmette il proprio movimento alle particelle adiacenti, grazie alle proprietà meccaniche del mezzo; le particelle a loro volta, iniziando ad oscillare, trasmettono il movimento alle altre particelle vicine e queste a loro volta ad altre ancora; in questo modo, un semplice movimento vibratorio si propaga meccanicamente dando vita all'onda sonora ( o onda acustica), che si definisce pertanto onda longitudinale.

Se la sorgente sonora è localizzata in un punto, a seguito della vibrazione vengono prodotte onde sferiche,dette anche di compressione o di rarefazione, che si propagano in tutte le direzioni.Quelle di compressine si formano per l'addensamento delle molecole d'aria che oscillano dopo la perturbazione, mentre le seconde si formano in corrispondenza degli spazi lasciati liberi momentaneamente da tali particelle.Il suono non si propaga nel vuoto ma ha bisogno di un mezzo meccanico per propagarsi. Quindi nella zona che circonda la sorgente vi sono zone di addensamento e di rarefazione delle particelle d'aria che oscillano intorno a una posizione di equilibrio.Quando l'oscillazione è molto irregolare il suono viene chiamato rumore.La frequenza dei suoni udibili è compresa tra i 20 e i 20.000Hz.Suoni di frequenza inferiore dei 20Hz sono gli infrasuoni,mentrte suoni con frequenza superiore ai 20.000Hz sono gli ultrasuoni. Questi ultimi al giornmo d'oggi sono largamente utilizzati in campo medico per visualizzare i tessuti(ecografia) o nella cura di forme reumatiche.Essi sono in grado di distruggere microorganismi, scoprire fratture nelle strutture metalliche.Tali proprietà derivano dal fatto che data l'elevata frequenza si propagano per fasci rettiline facili da concentrare in punti voluti trasferendovi uun'elevata energia.La velocità di propagazione di un suono è più o meno elevata a seconda delle caratteristiche fisiche del mezzo di propagazione:la loro velocià aumenta al crescere della rigidità e della temperatura e diminuisce all'aumentare della densità. In particolare:

velocità nell'aria a 20 C=340m/s  velocità nell'acqua 20C= 1410 m/s.

Le perturbazioni se il mezzo di propagazione è un solido possono essere sia longitudinali che trasversali;invece nel mezzo fluido sono solo longitudinali. Se in un mezzo coesistono entrambe le perturbazioni,la velocità delle onde longitudinali è superiore a quella di propagazione dell'onda trasversale. La velocità con cui una perturbazione si propaga dipende dai parametri elastici del mezzo di propagazione. Se il mezzo è solido la velocità delle onde trasversali è:

Per le onde longitudinali:

G ed E sono due parametri elastici: il primo è detto "modulo di rigidità",il secondo è detto "modulo di Young",p indica la densità del mezzo.Nei mezzi fluidi la velocità della perturbazione  longitudinale è data da: K/p sotto radice. K è il modulo di "compressibilità" del fluido. Un suono è caratterizzato dall'intensità,il timbro e l'altezza. Ecco perché le sensazioni acustiche rilevate dal nostro orecchio in genere sono differenti fra di loro. Prendendo un diapason (forchetta d'accaio con due rami paralleli detti rebbi) e colpendo uno dei rebbi con un martelletto,si origina una vibrazione che se viene registrata e riportata su un grafico spostamento-tempo è una sinusoide:i suoni che presentano tale grafico vengono definiti puri. l valore massimo dello spostamento.È anche detto ampiezza. Un suono è più o meno intenso a seconda che è più o meno grande l'ampiezza dell'oscillazione. Se lo stesso diapason viene colpito con più forza,in modo che l'ampiezza dell'oscillazione aumenti,esso emetterà un suono più intenso.L'intensità è quella caratteristica che ci consente di distinguere i suoni forti dai suoni deboli.Essa dipende dall'altezza e viene definita come "la quantità d'energia che attraversa nell'unità di tempo l'unità di superficie disposta perpendicolarmente alla direzione di propagazione del suono" I = W/S W indica l'energia per unità di tempo, ed S è la superficie investita dall'onda sonora. Allontanandoci dalla sorgente il suono si affievolisce.Altezza e timbro: Due suono con medesima ampiezza possono provocare due sensazioni diverse. Uno può essere percepito come più acuto e si dice che quest'ultimo ha maggiore altezza mentre l'altro come più grave.L'altezza di un suono dipende dalla frequenza della vibrazione:maggiore è la frequenza,maggiore è l'altezza. I suoni differiscono fra loro anche per timbro. Una stessa nota emessa da strumenti musicali diversi genera sensazioni diverse. Infatti le onde anche se presentano la stessa ampiezza e frequenza,differiscono per la forma. Il timbro è quella proprietà che consente di distinguere suoni aventi la stessa ampiezza e frequenza quando vengono emessi da strumenti diversi.