Nick Mars vuole saperne di più sulle onde e
in particolare sul moto armonico.
Sa che una molla con un peso agganciato
ad un estremità oscilla ma non sa altro.
Gli viene in mente di chiamare il suo amico
Barbabravo che è uno scienziato e potrà essergli utile.
«Buongiorno Barbabravo mi vuoi spiegare il moto armonico?»
«Ma certo, amico mio, ora ti faccio vedere un’animazione
che ti potrà chiarire le idee.
Come puoi vedere la punta della matita ha disegnato un’onda
che prima sale e poi scende, poi di nuovo sale ecc..
Nel primo caso compie un’oscillazione completa in 1 sec.,
nel secondo in 2 sec., nel terzo in 3 sec.
Quindi nel secondo caso in 1 sec. compie ½ oscillazione,
nel terzo 1/3 di oscillazione.
Il numero di oscillazioni in 1 sec. si chiama frequenza
e il tempo impiegato per fare un’oscillazione completa si chiama periodo.»
«Quindi nel primo caso la frequenza è 1 e il periodo pure,
nel secondo la frequenza è ½ e il periodo 2, nel terzo è 1/3 e il periodo 3.»
«Esatto e come puoi vedere l’andamento dell’onda ha picchi,
e la lunghezza d’onda λ è la distanza tra due picchi.»
Frequenza f di un’onda = numero di picchi in un secondo
Periodo T = tempo impiegato a completare un ciclo
f = 1/T
«Ma io posso costruire un moto oscillatorio anche pizzicando una corda!»
«Certo Nick, guarda questa animazione!»
Onde longitudinali e trasversali
«Ma io questa distinzione tra onde longitudinali
e trasversali la conosco già.
Onda longitudinale: l’oscillazione avviene nella direzione della propagazione
Onda trasversale: l’oscillazione avviene perpendicolarmente
alla direzione della propagazione.
Ma che bello costruire le onde longitudinali e trasversali
utilizzando i ragazzi allo stadio!»
«Vedi che la fisica è anche divertente?
Ma lo sai che anche il suono è un’onda?»
«Certo, ma guarda che Tiramolla queste cose me le ha spiegate!»
«Lo so ma io ti voglio far capire con un’animazione
perché quando c’è un temporale arriva prima il fulmine e poi il tuono.
Velocità del suono (vascak.cz)
Arriva prima il fulmine
•Il fulmine è una scarica elettrica accompagnata da bagliore
•I fulmini si possono riprodurre anche il laboratorio
»
Ma prima parliamo un po’ della luce,
della sua propagazione e dei suoi colori.»
«Ma Barbabravo questo l’ho già studiato
con il serpente Snake!»
«Ma un ripasso non ti farà male anche perché io
ti faccio vedere le animazioni che aiutano molto!»
«Ok, hai sempre ragione tu!»
Prisma triangolare (vascak.cz)
«Il raggio luminoso rifratto due volte si
scompone nei vari colori della luce
Scomporre una luce bianca tramite
un prisma di vetro
Ogni onda di diversa lunghezza
ha un diverso angolo di rifrazione
ed esce dal prisma con il suo colore corrispondente
Ogni onda ha una sua lunghezza d’onda,relativa frequenza,
un suo angolo di rifrazione, un suo colore.
Abbiamo ripetuto le leggi della riflessione e della rifrazione e cosa succede quando la luce attraversa un prisma:
si scompone in tutti i colori dell’iride
Si può fare anche il contrario:
Animazione:Disco di Newton (vascak.cz)
Facendo ruotare velocemente il disco, sulla nostra retina
si sovrappongono tutti i colori del visibile e la somma
è il colore bianco.
Video costruzione disco di Newton
La luce visibile è una porzione dello spettro elettromagnetico compresa approssimativamente
tra i 400 e i 700 nanometri (nm) (nell'aria).
Ogni singola radiazione elettromagnetica dello spettro è caratterizzata da una frequenza " f "
e relativa lunghezza d'onda "λ".
È un po’ complicato ma non ti preoccupare
anche anticamente non sapevano bene cosa fosse la luce:
Teoria corpuscolare
Formulata da Isaac Newton nel XVII secolo, la luce veniva vista come composta da piccole particelle di materia (corpuscoli) emesse in tutte le direzioni. Oltre che essere matematicamente molto più semplice della teoria ondulatoria, questa teoria spiegava molto facilmente alcune caratteristiche della propagazione della luce che erano ben note all'epoca di Newton (leggi della riflessione e rifrazione).
Teoria ondulatoria
Formulata da Christiaan Huygens nel 1678, ma pubblicata solo nel 1690 nel Traité de la Lumière, la luce veniva vista come un'onda che si propaga in un mezzo, chiamato etere ( solo più tardi si negò l'etere e si scoprì che la luce può propagarsi anche nel vuoto) in maniera del tutto simile alle onde del mare o a quelle acustiche. La teoria ondulatoria della luce permetteva di spiegare numerosi fenomeni, oltre alla riflessione ed alla rifrazione- Nel 1801 Thomas Young dimostrò i fenomeni della diffrazione con la teoria ondulatoria.
Quando un’onda luminosa incontra una fenditura ogni punto
della fenditura diventa sorgente di una nuova onda luminosa
L’interferenza tra queste onde produce l’alternanza tra zone luminose e zone scure sullo schermo: le frange di interferenza
Animazione: Esperimento della doppia fenditura (vascak.cz)
La luce è un’onda elettromagnetica
L'onda elettromagnetica è una perturbazione di natura simultaneamente elettrica e magnetica che si propaga nello spazio e che può trasportare energia da un punto all'altro. ..
Sono onde elettromagnetiche: la luce emessa dal sole, da una lampada o da qualunque sorgente in grado di illuminare gli oggetti
Animazione :Onda elettromagnetica (vascak.cz)
Per capire questi concetti devi sapere cos’è un campo elettrico e un campo magnetico fino al concetto di elettromagnetismo.
Ma questo te lo faccio spiegare da un nostro amico:
Mister
Faraday.»
«Ok allora buona giornata a te Barbabravo e grazie per tutto quello che mi hai insegnato oggi!»
«E tu sei stato un bravo alunno! Ciao Nick!»
Nick,
dopo aver salutato Barbabravo, si allontana in cerca di Mister Faraday
per
affrontare insieme a lui nuove avventure.
