Diffrazione del suono di ciò che è, esempi, applicazioni

IL diffrazione suono È la proprietà che le onde devono flettersi ai bordi degli ostacoli o delle aperture di dimensioni pari o inferiori alla loro lunghezza d'onda e continuare a diffondersi. In tal modo si distorcono e quanto più piccoli l'apertura attraverso la quale passano, maggiore sarà quella distorsione.

Questa proprietà è facile da controllare utilizzando un secchio d'onda, che consiste in un vassoio pieno d'acqua e una fonte che genera le onde posizionate a un'estremità. La fonte può essere semplice come una vibrante banda metallica.

Figura 1. Modelli di diffrazione delle onde. Fonte: Stiller Beobachter di Ansbach, Germania [CC di 2.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by/2.0)]

Quando la sorgente viene attivata, viene generato un fronte d'onda che si muove nel vassoio e che un ostacolo può essere archiviato con un'apertura nel mezzo. Le onde verranno fissate per superare l'apertura e seguire la loro strada, ma la loro forma sarà cambiata in base alle dimensioni della fessura, da distribuire una volta che questo passato.

L'immagine seguente mostra la stessa parte anteriore dell'onda che passa attraverso due aperture diverse.

figura 2. Se l'apertura è piccola, le onde sperimentano una maggiore diffrazione. Fonte: Jimregan at in.WikiBooks [CC BY-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0/]]

Quando l'apertura è ridotta, l'onda si allarga e curva in modo sensibile. D'altra parte, se l'apertura è maggiore, la deformazione sperimentata dall'onda è molto più bassa. L'onda continua ad avanzare, ma non si estende o si svolge così tanto.

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Esempi

Le onde di cui sopra si sono formate nell'acqua di un semplice vassoio. Su una scala molto più ampia la diffrazione delle onde intorno alle isole della Figura 1, poiché la distanza tra loro è dell'ordine della lunghezza d'onda della stessa. Questa è la chiave per comprendere il fenomeno della diffrazione.

Come accade nell'oceano, il suono e la luce sperimentano anche la diffrazione, sebbene ovviamente la luce richieda aperture molto più piccole, poiché le lunghezze d'onda della luce visibile sono comprese tra 400 e 700 nanometri o meter me.

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Ad esempio, particelle molto piccole dell'atmosfera fungono da ostacoli per la luce alla diffrazione, causando anelli attorno a oggetti molto luminosi come la luce e il sole.

Le onde sonore invece sono facilitate, poiché la loro lunghezza d'onda è l'ordine dei metri, quindi è sufficiente con aperture della dimensione di porte e finestre.

La diffrazione è una proprietà unica delle onde. Immagina per un momento che invece dell'acqua fosse un getto di marmi ciò che è accaduto attraverso le aperture.

Il getto di marmi continuerà a muoversi in linea retta, invece di disperdersi immediatamente nello spazio disponibile, come fanno le onde. Sicuramente le particelle materiali a livello macroscopico non sperimentano diffrazione, ma gli elettroni, che possiedono ancora massa, possono farlo.

Ecco perché ogni fenomeno fisico che si manifesta attraverso la diffrazione deve essere un tipo ondulato. Le altre due proprietà caratteristiche sono interferenze e polarizzazione, essendo la rifrazione e la riflessione applicabili ugualmente alle particelle di materia.

Apprezzare la diffrazione del suono

Una persona può parlare con un'altra anche se c'è una stanza in mezzo e possiamo ascoltare musica e voci da altri luoghi, poiché le lunghezze d'onda sonore sono comparabili o maggiori degli oggetti di tutti i giorni.

Quando ti trovi in ​​una stanza adiacente a un'altra dove suona musica, i toni più gravi vengono ascoltati meglio. È dovuto al fatto che hanno lunghezze d'onda più lunghe di quelle acute, più o meno delle dimensioni di porte e finestre, quindi non hanno alcun inconveniente nel diffratto in esse, vedi la figura seguente.

Figura 3. Per la stessa apertura, le onde la cui lunghezza d'onda è di dimensioni comparabili sono più diffratti. Fonte: sé realizzato.

La diffrazione consente anche alle voci delle persone di essere ascoltate prima di vederle e inciampare.

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Il suono si riflette anche abbastanza bene sulle pareti, quindi entrambe le proprietà sono combinate per rendere il doppio suono gli angoli.

Il suono del tuono in lontananza consente di distinguere il distante da quelli più vicini perché questi ultimi sono percepiti croccanti e asciutti, più simili a clic e meno rombo, poiché le alte frequenze (quelle dei suoni più acute) sono ancora presenti.

D'altra parte, il distante tuono rumble e sono più gravi, grazie alle basse frequenze con lunghe lunghezze di onde lunghe sono in grado di eludere gli ostacoli e viaggiare ulteriormente. I componenti più acuti si perdono lungo la strada perché la loro lunghezza d'onda è più piccola.

Applicazioni

Diffrazione delle onde radio

Sicuramente avrai notato mentre guidi attraverso la città o per aree montuose che l'accoglienza di alcune stazioni radio è sbiadito o perde qualità da riapparire in seguito.

Le onde radio possono muoversi a causa di grandi distanze, ma sperimentano anche la diffrazione quando trovano edifici in città o altri ostacoli come colline e montagne.

Fortunatamente grazie alla diffrazione possono salvare questi ostacoli, specialmente se la lunghezza d'onda è paragonabile alla loro dimensione. Una lunghezza d'onda più grande, è più probabile che l'onda sia in grado di superare l'ostacolo e seguire il suo percorso.

Secondo la banda in cui si trova, una stazione può avere un ricevimento migliore di un altro. Tutto dipende dalla lunghezza d'onda, che è correlata alla frequenza e alla velocità come:

C = λ.F

In questa equazione C È velocità, λ è la lunghezza d'onda e F È la frequenza. Le onde elettromagnetiche si muovono circa 300.000 km/s La velocità della luce nel vuoto.

Migliore mare di margooni di ricevimento

In modo che le stazioni della banda AM le cui frequenze si trovano nell'intervallo 525-1610 kHz abbiano maggiori probabilità di sperimentare diffrazione rispetto a quelle nella gamma FM con 88-108 MHz.

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Un semplice calcolo con l'equazione precedente dimostra che le lunghezze d'onda AM sono comprese tra 186 e 571 m, mentre per le stazioni FM, queste lunghezze sono tra 2.8 e 3.4 m. Le lunghezze d'onda delle stazioni FM sono più vicine alla dimensione di ostacoli come edifici e montagne.

Diffrazione della luce

Quando la luce passa attraverso una fessura stretta, invece di osservare dall'altra parte un'intera regione illuminata, ciò che si vede è uno schema caratteristico composto da un'area centrale chiara, affiancato da bande scure che si alternano a fasce luminose più strette.

In laboratorio, una foglia di rasoio a forma di vecchia fase molto bene e un raggio di luce monocromatica da un laser consentono di apprezzare questo modello di diffrazione, che può essere analizzato con il software di immagine.

La luce sperimenta anche la diffrazione quando attraversa più aperture. Un dispositivo che viene utilizzato per analizzare il comportamento della luce quando lo fanno è la griglia di diffrazione, che consiste in molte fessure parallele altrettanto separate.

La griglia di diffrazione viene utilizzata nella spettroscopia atomica per analizzare la luce dagli atomi ed è anche la base per la creazione di ologrammi come quelli che si trovano nelle carte di credito.

Riferimenti

1. Giancoli, d.  2006. Fisica: principi con applicazioni. 6 °. Ed Prentice Hall. 313-314.
2. Serway, r., Jewett, J. (2008). Fisica per la scienza e l'ingegneria. Volume 1. 7 °. Ed. Apprendimento del Cengage. 1077-1086.
3. Tippens, p. 2011. Fisica: concetti e applicazioni. 7a edizione. McGraw Hill. 441-463.
4. Wilson, J. 2011. Fisica 12. Pearson Education. 250-257
5. Wikipedia. Diffrazione. Recuperato da: in.Wikipedia.org.