[0:04]Se i video ti sono utili, supporta il canale lasciandoci una mancia su TIPE, trovi il link sotto in descrizione e ricordati di iscriverti al canale. Weh! Si parla di onde sonore, ma che cos'è il suono? È quello che state sentendo mentre io parlo e voi siete disperati perché dovete fare la verifica. Ma in particolare, le onde sonore sono onde di densità longitudinali nell'aria. Che cosa vuol dire? So che vi sembra babilonese detta così. Vi faccio vedere un'animazione così ci capiamo meglio. Le palline che state vedendo sono le molecole dell'aria. Vedete che ci sono delle onde, nel senso che vedete questa sorta di spostamento che si propaga all'interno dell'aria. Non è che le molecole d'aria si spostano poi più di tanto, è solo che in certi punti si avvicinano di più tra di loro oppure si allontanano. Ecco, quella roba lì è l'onda sonora, quella che arriva al vostro timpano, è proprio questa compressione, questo aumento di densità delle molecole dell'aria che voi poi percepite come un suono perché il vostro orecchio traduce quella vibrazione delle molecole dell'aria in una vibrazione del vostro timpano e quindi poi il vostro cervello lo trasforma in quello che voi sentite come un suono. Le onde sonore poi sono onde a tutti gli effetti, quindi hanno la lunghezza d'onda, la frequenza, l'ampiezza, il periodo, la pulsazione, eccetera eccetera. Tutte le grandezze tipiche delle onde ci sono anche per le onde sonore. Se vi serve un bel ripasso su come funzionano le onde, trovate il link alla lezione sulle onde qui in alto a destra o sotto in descrizione. Per essere super precisi, però, in fisica si parla di onde sonore solo in un intervallo di frequenze ben preciso, cioè, voi potete parlare di suono soltanto se siete tra una frequenza di 20 Hz e una frequenza di 20.000 Hz. Perché ci sono questi valori così specifici? Questo è l'intervallo di frequenze che il vostro orecchio riesce a sentire. La frequenza nel suono, ragazzi, è quello che voi chiamate la tonalità del suono, cioè vi dice se un suono è più grave o più acuto. Giusto per farvi sentire qualche esempio, adesso vi faccio sentire un suono a 2000 Hz.
[2:27]Adesso, invece, vi faccio sentire un suono a 200 Hz. Sentite la differenza, quello da 2000 Hz è più acuto, è più alto, chiamatelo come volete, rispetto a quello da 200 Hz. Quindi, frequenza alta, suono acuto, frequenza bassa, suono grave. Giusto per provare, adesso vi faccio sentire un suono a 20 Hz, cioè la frequenza più bassa che riusciamo a sentire.
[3:00]Adesso, invece, vi faccio sentire un suono a 20.000 Hz, la frequenza più alta che possiamo sentire.
[3:10]Se non avete sentito nulla né nel primo né nel secondo caso, o soltanto in uno dei due, non preoccupatevi, non siete degli alieni. È soltanto che l'orecchio di ognuno di noi funziona in modo leggermente diverso, quindi magari qualcuno non riesce a sentire le frequenze molto molto alte o quelle molto molto basse o viceversa o entrambi. Più si va in là con l'età, più questo range di frequenze si riduce, quindi se fate sentire 20.000 Hz a una persona di 60 anni, probabilmente non sentirà una mazza. Giusto per darvi un'idea, se non avete sentito i 20.000 Hz, vi faccio sentire un suono anche a 15.000 Hz, così qualcosa dovreste sentire.
[3:50]Cosa succede se siamo sotto i 20 Hz, però? Esistono i suoni sotto i 20 Hz, è solo che non li sentiamo, questi si chiamano infrasuoni. Voi li potete percepire in realtà come vibrazioni. Gli elefanti, per esempio, sono degli animali che comunicano a infrasuoni, noi non li sentiamo. Cosa succede se invece siete sopra i 20.000 Hz? Si parla in questo caso di ultrasuoni. Sono quelli che usano, per esempio, i pipistrelli, per orientarsi, i pipistrelli praticamente passano la loro vita a gridare e poi sentendo come il loro suono e la loro grida si riflettono contro le pareti e gli ostacoli, riescono a muoversi senza schiantarsi in giro. Quindi, se voi sentiste un pipistrello, sentireste costantemente lui che fa tipo: ah! Le onde sonore, col fatto che sono onde che si muovono nell'aria, hanno una velocità fissa, quindi la velocità del suono non è un valore che vi dovete calcolare, è un valore noto, ed è circa 343 m/s. Ma proprio 343 spaccato? No, questa cosa dipende da tantissimi fattori, dipende, per esempio, dalla temperatura dell'ambiente, dipende dalla pressione, dipende dall'umidità... Però, in pratica, se dovete fare gli esercizi, 343 m/s tutte le onde sonore hanno questa velocità per voi. Poi, sempre parlando di formule, la formula V = λ * f, questa è la formula universale per tutte le onde, funziona ancora. Questa, chi se ne frega se sono onde sonore nell'aria oppure se sono le onde che producete voi quando vi tuffate a bomba in mare, chi se ne frega, V = λ * f, questa vale comunque e sempre. Giusto per darvi una vaga idea, la velocità, invece, della luce, che è sempre un'onda, ma di natura completamente diversa, è di circa 300 milioni di metri al secondo. Il suono in realtà viaggia molto più lentamente della luce, l'esempio classico di questa cosa è che quando c'è un bel temporalone di quelli seri in estate, voi vedete prima il lampo di quando c'è il tuono. Cosa significa? C'è il nuvolone, sta piovendo, all'improvviso si illumina il giorno perché c'è un lampo fortissimo. Voi vedete la luce del lampo che vi arriva subito, dopo un po' di tempo arriva anche il tuono. Che cos'è il tuono? Il tuono è l'equivalente del lampo, ma in versione sonora, cioè quando questa scarica elettrica parte da su nell'alto dei cieli e arriva a terra, produce anche un'onda sonora molto potente. Questa è quella che voi chiamate il tuono, però visto che il tuono è un'onda sonora, arriva molto più in ritardo rispetto alla luce, perché la velocità del suono è molto più bassa di quella della luce. Un'altra differenza fondamentale tra la luce e il suono è che il suono viaggia più velocemente all'interno dei materiali solidi. Questo in generale, ci sono dei casi in cui non è vero, in cui il suono invece va più lento nei solidi, però, per esempio, all'interno dell'acqua, all'interno del terreno, nei metalli, le vibrazioni del suono si propagano molto più velocemente. Per la luce è esattamente il contrario, quindi la luce è molto più veloce nell'aria che, per dire, all'interno dell'acqua o all'interno del vetro o quello che vi pare a voi. Un'altra caratteristica del suono, con cui abbiamo a che fare tutti i santi giorni usando il nostro telefono, usando il televisore o il computer, è il concetto di volume. Alza o abbassa il volume. Che cos'è il volume in fisichese? Il volume è legato alla ampiezza dell'onda sonora. Non sono proprio la stessa cosa, che cos'era l'ampiezza? Se vi ricordate dalla lezione sulle onde, quando avete un'onda fatta in questo modo, l'ampiezza è quanto è alta una singola gobba dell'onda. In realtà però il volume si può legare in modo molto più diretto a un'altra grandezza che è l'intensità dell'onda. Formula dell'intensità I dell'onda, P fratto S. Cosa sono P ed S? P è la potenza con cui è stata emessa l'onda alla sorgente. In pratica, quanto vi state sgolando se state gridando, per esempio, quanta potenza, quanta energia ci state mettendo con la vostra gola, i vostri muscoli, la vostra bocca, quella è la potenza di emissione dell'onda. S, invece, è la superficie coperta dall'onda. Cosa vuol dire la superficie coperta dall'onda? Facciamo un esempio, avete appena fatto l'esame di fisica e avendo visto i nostri video avete preso 30 e lode con bacio accademico e laurea immediata. Ecco, voi uscite gridate dalla gioia, nel gridare voi producete delle onde sonore. Facciamo finta che queste onde sono delle onde sferiche, cioè nel momento in cui voi gridate, la vostra voce si propaga in tutte le direzioni dello spazio, quindi è un'onda fatta in questo modo. Tende ad allargarsi e ad allontanarsi dalla vostra testa, e di fatto è una sfera con una certa superficie. Ecco, se voi fate il rapporto tra la potenza con cui avete messo l'onda e la superficie coperta dall'onda in quel momento avete la sua intensità. Conseguenza di questa cosa è che l'intensità cala allontanandosi dalla sorgente. Perché cala? Perché man mano che l'onda si allarga e si espande, copre una superficie sempre più grande. Quindi, tra virgolette, la potenza con cui voi avete messo l'onda, va spalmata su una superficie più ampia, però la potenza è sempre lei, la superficie aumenta e di conseguenza I è più bassa. Tradotto, se io sono a un metro da voi e vi sento gridare, sento un volume, un'intensità molto molto alta. Se invece sono più lontano, a 100 metri, sentirò un'intensità molto più bassa perché la superficie coperta dalla vostra voce in quel momento, a quella distanza è molto più grande e di conseguenza, I è più bassa. Ecco, nel caso di onde sferiche nell'aria, la formula può anche essere riscritta in questo modo, P fratto 4πR². Quindi, occhio, questa vale solo per onde sferiche.
[10:00]Perché vale solo per onde sferiche? Perché la superficie di una sfera, la S al denominatore che c'era prima, è 4πR². R è la distanza dalla sorgente. Facciamo un bell'esempio di questa cosa, prendiamo voi che gridate come dei matti appena usciti dall'esame di fisica. Facciamo conto che la vostra voce ha una potenza di 1,2 * 10^-4 W. Se vi sembra poco non lo è per nulla, vi state veramente sgolando con questa intensità. Io mi trovo a una distanza da voi di 10 m. Quale intensità percepisco io? Usiamo la nostra formula, dobbiamo fare I uguale a P fratto 4πR², quindi devo fare 1,2 * 10^-4 W fratto 4π * 10 m al quadrato. Se fate il conto di questa piccola meraviglia, ottenete 10^-7 W/m². L'unità di misura dell'intensità è W/m². Però c'è un però in tutta questa storia dell'intensità, perché vi dicevo che il concetto di volume non è proprio la stessa cosa di ampiezza e di intensità sonora? Perché, vedete, il nostro orecchio non percepisce l'intensità sonora linearmente. Cosa vuol dire? Che se voi raddoppiate l'intensità di un suono, in automatico non state raddoppiando il volume. Per descrivere come il nostro orecchio percepisce il suono in termini di volume, la cosa migliore è usare non tanto l'intensità direttamente, ma un'altra grandezza ancora che si chiama livello di intensità.
[11:52]Occhio, non è la stessa cosa dell'intensità, livello di intensità e intensità sono due grandezze diverse. Il livello di intensità si misura in decibel, sono 10 decibel, sempre 10 come base, per il logaritmo in base 10 di I fratto I0. Un paio di accortezze, il logaritmo l'ho scritto così perché è sottinteso che sia in base 10. I è l'intensità, quella che abbiamo visto prima che si calcola come potenza fratto superficie, eccetera eccetera. I0, invece, è una sorta di valore di riferimento, è l'intensità minima che il nostro orecchio percepisce. Quanto vale I0? In realtà I0 non ha un valore fisso perché dipende dalla frequenza. Voi sentite, per esempio, molto meglio intensità bassissime se la frequenza è vicina ai 2000 Hz, però per fare gli esercizi, come valore indicativo, I0 viene preso come 10^-12 W/m². Questa è l'intensità minima di un rumore che riuscite a sentire. Giusto per farvi capire che cosa implica questa formula che sembra così strana. Che differenza c'è tra un rumore di 20 dB e un rumore di 30 dB? Uno dice, vabbè, hai alzato di 10, non sarà così drammatica. Occhio, se voi aumentate di 10 i decibel, state moltiplicando per 10 l'intensità sonora. Cioè se voi aumentate di 10 i decibel, in realtà l'intensità effettiva del suono è 10 volte quella iniziale, ma quindi non è che voi sentite il rumore 10 volte più forte. Il vostro orecchio lo sente come se aveste soltanto aumentato di 10. Sempre per darvi un po' un'idea di che cosa stiamo parlando, signori. Quando dormite in casa vostra la notte, nel silenzio più completo, in realtà non siete nel silenzio più completo. 20 dB è circa il livello di intensità del silenzio notturno. Quindi, anche se siete proprio nella quiete più assoluta, non c'è silenzio completo, voi non lo percepite perché ci siete abituati. 60 dB corrispondono a un rumore di una strada trafficata. Vi faccio notare che da 20 a 60 dB abbiamo aggiunto 40 dB. E uno dirà, e vabbè, cosa vuoi che sia mai 40 dB? Vuol dire che la strada trafficata ha un'intensità sonora 10.000 volte più alta del silenzio notturno. Poi, voi non la percepite come 10.000 volte, però sicuramente vi accorgete della differenza. 130 dB è la soglia del dolore, cioè se io vi sparo un rumore a 130 dB, non ve lo faccio in cuffia, non vi preoccupate. Il vostro orecchio comincia un po' a lamentarsi e a buona ragione. Facciamo un esempio con il livello di intensità sonora, sempre prendendo la situazione di prima, quindi ci siete voi che state gridando gioiosissimi per il vostro esame di fisica e ci sono sempre io che mi trovo a una distanza di 10 m. Sapevamo prima che voi stavate parlando, o meglio, gridando con una potenza di 1,2 * 10^-4 W. Ora voglio sapere qual è il livello di intensità che io percepisco. Formula del livello di intensità percepito, devo fare 10 dB per il logaritmo in base 10 di I fratto I0. I0 lo so, è sempre lo stesso numero, il problema è I, come faccio a calcolarmi I? Con la formula di prima, I è P fratto 4πR², la potenza era 1,2 * 10^-4 W, stesso conto che abbiamo fatto prima, eh, per 4π per 10 m alla seconda, questa cosa ci veniva 10^-7 W/m². Quindi, io adesso devo prendere questa I, buttarla nella formula con il logaritmo e così mi posso trovare il livello di intensità sonora. Ovvero, 10 dB per il logaritmo di 10^-7 fratto 10^-12, se vi fate un paio di conti, voi che siete bravissimi con i logaritmi e tutte queste belle cose, ottenete 10 dB per 5, quindi 50 dB. Se non siete troppo sgamati con i logaritmi, lo fate fare alla calcolatrice, non ci sono problemi. Ricordati di iscriverti al canale, se i video ti sono utili, puoi supportarci con una mancia su Tipe, ricordati di far girare la voce, dilla a tutti i tuoi compagni di classe, amici, parenti, cugini, fratelli. Noi ci vediamo alla prossima, ciao.
