Introduzione
L'onda sonora è il risultato di una vibrazione meccanica del supporto, solido, liquido o gassoso, generando un'onda che rappresenta la parte udibile dello spettro delle vibrazioni acustiche. In modo analogo alla luce, il suono è la porzione udibile delle vibrazioni elettromagnetiche. In questo articolo esploreremo in dettaglio le caratteristiche e la propagazione delle onde sonore.
Cos'è un Suono?
Un'onda sonora è la trasmissione di una perturbazione attraverso la vibrazione delle molecole del mezzo circostante. Questa perturbazione si verifica a seguito di una fonte meccanica e si manifesta attraverso variazioni di pressione, trasmettendo l'energia senza trasporto di materia.
Caratteristiche Generali
Le onde sonore sono principalmente onde meccaniche longitudinali, con molecole che si muovono parallelamente alla direzione di propagazione dell'onda. Nelle strutture solide, possono anche esserci componenti trasversali. In un mezzo omogeneo e isotropo senza ostacoli, l'onda da una fonte ideale si propaga in modo identico in tutte le direzioni, assumendo una forma sferica.
Periodo e Frequenza
Il periodo (T) è l'intervallo di tempo tra due stati vibratori identici successivi di un punto nel mezzo in cui l'onda si propaga. La frequenza (f) è l'inverso del periodo (f = 1/T). La lunghezza d'onda (λ) è la distanza tra due molecole successive nello stesso stato vibratorio.
Potenza Acustica
Espressa in watt, la potenza acustica rappresenta l'energia emessa da una sorgente sonora in un dato intervallo di tempo. Non va confusa con la potenza elettrica, che alimenta dispositivi come gli altoparlanti.
Intensità Acustica
Misurata in Watt per metro quadrato (W.m-2), l'intensità acustica è legata alla potenza e alla distanza dalla fonte. Se la distanza raddoppia, l'intensità si riduce di un quarto.
Pressione Acustica
La pressione acustica (p) è una forza per unità di superficie causata dalla variazione delle molecole del mezzo. È correlata all'intensità acustica attraverso una formula che include la densità del mezzo e la velocità di propagazione dell'onda.
Velocità di Propagazione del Suono
La velocità del suono varia in base alle caratteristiche del mezzo. In aria, dipende dalla temperatura, pressione e umidità. Ad esempio, a 20°C, la velocità del suono è di circa 343 m/s.
Impedenza Acustica
Ogni mezzo presenta una resistenza al passaggio del suono, chiamata impedenza acustica. L'impedenza è fondamentale quando un'onda si propaga da un mezzo aereo a uno liquido, influenzando la riflessione dell'onda.
Propagazione del Suono in Diversi Mezzi
In acqua, l'onda sonora si propaga a velocità superiori rispetto all'aria, e nei materiali più densi come l'acciaio, raggiunge velocità ancora più elevate. Nel vuoto, privo di materia, nessuna onda sonora si propaga, a differenza delle onde elettromagnetiche.
Conclusioni
In questo articolo, abbiamo esaminato approfonditamente le caratteristiche e la propagazione delle onde sonore. Comprendere questi concetti è essenziale in vari settori, dall'oceanoografia all'imaging medico. La capacità di adattare l'impedenza, come nell'orecchio umano, è cruciale per favorire il passaggio delle onde da un mezzo all'altro.