BACHECA DI FISICA: APPUNTI VIDEO ESPERIMENTI (prof. Sergio LA Malfa): FENOMENI ONDULATORI STUDIATI IN ONDOSCOPIO

MISURA DELLA LUNGHEZZA D'ONDA

Consideriamo delle onde lineari che sono generate in ondoscopio.

Sono visibili i fronti d’onda lineari che si propagano nell’acqua. La distanza tra due fronti d’onda è la lunghezza d’onda. Regolando i lampi di luce prodotti dalla lampada stroboscopica, l’immagine dell’onda sullo schermo può apparire ferma all’occhio dello sperimentatore, in quanto tali lampi sono sincronizzati con i colpi esercitati dall’ eccitatore sull’acqua, ciascuno dei quali produce un fronte d’onda. Regolate la frequenza dello stroboscopio in modo da ”fermare l’onda sullo schermo”.

FENOMENO DI RIFLESSIONE DELLE ONDE PIANE
Collochiamo nella vaschetta dell’ondoscopio una striscia metallica, inclinata ad esempio di 45° rispetto alle sue pareti e posta di fronte alla sbarretta che eccita la superficie dell’acqua: potremo così osservare che i fronti d’onda si riflettono sulla striscia, modificando di 90◦ la propria direzione di propagazione.

riflessione su ostacolo parabolico: le onde convergono nel fuoco

FENOMENO DI RIFRAZIONE
E' quel fenomeno che si verifica quando l'onda cambia mezzo di propagazione e quindi cambia la velocità . Passando dal mezzo1 al mezzo2, l'onda cambia la direzione di propagazione: in particolare si avvicina alla perpendicolare alla superficie di separazione tra i due mezzi quando rallenta e si allontana nel caso opposto.

Infatti cambia la velocità, la frequenza rimane la stessa perchè dipende solo dal moto della sorgente e quindi deve cambiare la lunghezza d'onda che è data da:

Se 𝛌₁>𝛌₂ cioè se i fronti d'onda si avvicinano allora moltiplico per la frequenza e ottengo: 𝛌₁f>𝛌₂f cioè v₁>v₂

Dove i fronti d'onda sono più vicini l'onda è più veloce.

Inoltre se l'onda rallenta il raggio si avvicina alla normale mentre se accelera si allontana dalla normale secondo la legge di Snell:
n₁∙seni=n₂∙senr

dove i è l'angolo d'incidenza e r l'angolo di rifrazione formati dal raggio con la normale alla superficie di separazione.

In ondoscopio per cambiare mezzo si varia la profondità dell'acqua inserendo uno spessore in vaschetta:

come si vede l'onda rallenta in acqua meno profonda.

FENOMENO DI DIFFRAZIONE DELLE ONDE
Consiste nella capacità delle onde di superare ostacoli o fenditure di una grandezza minore o paragonabile alla lunghezza d'onda.
Se poniamo un piccolo ostacolo nella vaschetta dell'ondoscopio , l'onda riesce a propagarsi anche dietro l'ostacolo. Non si formano zone "d'ombra" come accade per ostacoli più grandi.
Esempio : la diffrazione permette di sentire un suono proveniente dalla stanza anche fuori dalla porta aperta .

Nel video è posto un piccolo ostacolo nella vaschetta dell'ondoscopio

In particolare vale il seguente principio:

PRINCIPIO DI HUYGENS
Ogni punto di un fronte d'onda si può pensare come sorgente di onde circolari il cui inviluppo dopo un periodo T forma il nuovo fronte d'onda.

In particolare una stretta fenditura si comporta come sorgente di onde circolari che si propagano in tutte le direzioni anche dietro l'ostacolo.

nel video si formano dei fronti d'onda circolari dietro alla fenditura

INTERFERENZA DI ONDE CIRCOLARI GENERATE DA DUE SORGENTI IN FASE
Osserviamo le onde generate da una coppia di sorgenti puntiformi, uguali in ondoscopio.
I due sistemi di onde circolari interferiscono tra loro, sovrapponendosi, dando origine ad una figura di interferenza in cui è possibile individuare zone di interferenza costruttiva (massimo spostamento dell’acqua) e zone di interferenza distruttiva, punti nodali, corrispondenti ad acqua calma.

Le linee dei nodi assumono la configurazione dei rami di un’iperbole i cui fuochi sono le sorgenti.

interferenza costruttiva

Infatti un punto è di interferenza costruttiva se la differenza delle distanze dalle sorgenti è un multiplo di una lunghezza d'onda: d1 − d2 = nλ n = 0, 1, 2, 3, 4, 5...

mentre è di interferenza distruttiva quando la differenza delle distanze è multiplo dispari di mezza lunghezza d'onda:

d1 − d2 = n λ/2 n = 1, 3, 5...

L'iperbole è il luogo di punti che hanno la differenza delle distanze dai fuochi costante

Si possono eseguire le seguenti osservazioni:
1) la figura di interferenza si sposta al variare della distanza tra le due sorgenti;
2) cambiando la frequenza di eccitazione delle sorgenti, e dunque la lunghezza d’onda dell’onda, la posizione delle zone di interferenza costruttiva o distruttiva è diversa.