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Suono

Suono

Il suono ci circonda in qualunque momento della nostra vita, dalla musica che ascoltiamo, al suono delle macchine in una città trafficata al suono degli insetti e della natura quando facciamo una gita in campagna. Questo fenomeno, però, è più di una semplice sensazione fisiologica, ha un significato e una spiegazione fisica. Vediamola insieme!

Suono: definizione

Il suono è quel fenomeno che proviamo quando un corpo vibra e oscilla e queste oscillazioni raggiungono le nostre orecchie. Solo alcune frequenze di onde sonore sono però udibili dall'orecchio umano: quelle tra circa \(20Hz\) e circa \(20kHz\). Questa capacità di percepire suoni di diversa frequenza cambia molto nella vita. I suoni sopra i \(20 kHz\) vengono anche detti ultrasuoni.

In fisica, invece, con il termine suono ci si riferisce all'onda che produce un effetto sonoro. Vediamo come sono caratterizzate le onde sonore.

Onde sonore

Il suono, come tutti i fenomeni ondulatori, può essere descritto dalla sovrapposizione di diverse onde. Si tratta di onde meccaniche (ovvero richiedono un mezzo di propagazione) che si trasmettono attraverso solidi, liquidi e gas mettendoli in movimento. In particolare, le onde sonore si propagano come onde longitudinali piane.

Suono Onde longitudinali StudySmarterFig. 1 - Propagazione di un'onda longitudinale.

Le onde sonore presentano alcune caratteristiche tipiche generali delle onde, ma hanno anche qualche caratteristica più unica.

Frequenza di onde sonore

Come tutte le onde, anche quelle sonore sono caratterizzate da una frequenza. In particolare, nelle onde sonore, la frequenza viene spesso collegata al concetto di altezza di un suono: i suoni acuti tendono a essere molto alti e ad avere alte frequenze, mentre quelli gravi, tendono a essere bassi e ad avere basse frequenze di propagazione.

Ampiezza di onde sonore

Un'altra caratteristica dell'onda sonora (ma in generale di tutte le onde) è la sua ampiezza. L'ampiezza è legata all'intensità del suono che percepiamo ed è legata a quello che quotidianamente chiamiamo volume del suono. L'intensità del suono si misura in decibel (con simbolo \(dB\)), una scala logaritmica che ha come punto di zero l'intensità minima udibile dall'orecchio umano.

Timbro

Il timbro è una qualità tipica del suono che permette di distinguere due suoni anche se hanno la stessa frequenza. Il timbro è dovuto alla forma dell'onda sonora specifica, che a sua volta è causata dalla somma di diverse onde.

Propagazione del suono

Come abbiamo detto, il suono si propaga in solidi, liquidi e gas come un'onda longitudinale. Contrariamente alle onde elettromagnetiche, il suono è un'onda meccanica, e come tale ha bisogno di un mezzo in cui propagarsi. All'interno del mezzo, le onde sonore si propagano come onde di pressione.

Pensiamo ad un tubo, di fronte a cui si pone uno speaker che genera del suono. Cosa succede all'aria di fronte allo speaker? Quando la membrana dello speaker vibra, compie un movimento che alterna fasi in cui comprime l'aria che ha di fronte e fasi in cui crea una rarefazione dell'aria.

Suono Onda di pressione StudySmarterFig. 2 - Onde di pressione in un tubo.

In figura 2, possiamo vedere questo fenomeno in moto: quando il pistone avanza verso destra, l'aria si comprime e diventa più densa (diventando più scura), mentre quando il pistone si ritira, l'aria diventa più rarefatta e ha una densità minore. Questo fenomeno è completamente analogo a qualunque altra onda longitudinale: le fasi di alta pressione rappresentano i picchi dell'onda, mentre quelle di rarefazione equivalgono ai ventri dell'onda.

Velocità del suono

La velocità del suono dipende dalla pressione, dal mezzo in cui si propaga e dalle sue proprietà. La velocità del suono nell'aria ad una temperatura di 20°, al livello del mare, è di circa \(343 \: m/s\).

La velocità del suono ha una formula semplice, ma che richiede qualche nozione in più.

In particolare, siccome le onde sonore agiscono come onde di pressione sul mezzo di propagazione, la velocità del suono dipende in gran parte da quanto comprimibile è questo mezzo.

\[v=\sqrt{\frac{\gamma p}{\rho}}\]

dove \(p\) è la pressione che viene esercitata sul mezzo (e quindi quella che genera l'onda sonora) e \(\rho\) è la densità del materiale. In questa formula, \(\gamma\) è noto come coefficiente di dilatazione adiabatica ed è il rapporto tra il calore specifico a pressione costante \(c_p\) e il calore specifico a volume costante \(c_V\) ed entrambe queste quantità hanno a che fare con quale materiale viene considerato come mezzo di propagazione.

Il fattore \(\gamma p\) si può raccogliere in una costante \(K\) che ha un nome e un significato più semplice da comprendere. Si indica con \(K\), infatti, il modulo di compressibilità di un materiale. In altre parole, \(K\) rappresneta rappresenta quanto aumenta la densità quando il materiale viene compresso. Questo rende la formula ancora più semplice:

\[v= \sqrt{\frac{K}{\rho}}\]

Suono - Key takeaways

  • In fisica con il termine suono ci si riferisce all'onda che produce un effetto sonoro.
  • Il suono si propaga come un'onda meccanica. Può propagarsi nei solidi, nei liquidi e nei gas.
  • Il suono è caratterizzato dalla sua frequenza, dall'ampiezza dell'onda che lo genera e dal suo timbro.
  • Le onde sonore si comportano come onde di pressione che comprimono e rilassano il materiale attraverso cui si propagano
  • La velocità del suono dipende dal mezzo di propagazione. Nell'aria, la velocità del suono è di circa \(343 \: m/s\)

References

  1. Fig. 1 - Onde compression impulsion 1d 30 petit.gif (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Onde_compression_impulsion_1d_30_petit.gif) by Christophe Dang Ngoc Chan (https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Cdang) is licensed by CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en)
  2. Fig. 2 - GIF ONDA PRESION.gif (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:GIF_ONDA_PRESION.gif) by WIKIFISICA2020 is licensed by CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.en)

Domande frequenti riguardo Suono

Il suono è un'onda meccanica.

Il suono può propagarsi in solidi, liquidi e gas.

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