Lab diffrazione

Da "Fisica, onde Musica": un sito web su fisica delle onde e del suono, acustica degli strumenti musicali, scale musicali, armonia e musica.

Passaggio di un'onda da una singola fenditura

  1. Descrizione dell'esperienza: un'onda piana viene fatta passare attraverso una feritoia abbastanza stretta. Si osserva che i fronti d'onda dell'onda piana diventano "sferici". Cioè è tanto più vero quanto più stretta è la fenditura rispetto alla lunghezza d'onda dell'onda.
  2. Istruzioni
    • Clicca qui per avviare l'applet Onde 2D e seleziona in alto a sinistra Diffrazione: 1 feritoia;
    • Per modificare la larghezza della fenditura:
      • seleziona Stop e Cancella Onde. Così facendo sarà visualizzato solo l'ostacolo e la feritoia da modificare;
      • clicca col destro nell'area di visualizzazione e seleziona modifica pareti; il mouse funziona in modo "toggle": cliccando dove è presente un ostacolo questo si cancellerà e viceversa;
    • per riattivare l'onda deseleziona Stop;
    • per modificare la lunghezza d'onda agisci sul comando Frequenza sorgente 1;
    • modificando la frequenza e la larghezza della fenditura può accadere che l'onda dopo l'ostacolo sembra svanire. Ciò può essere evitato aumentandone la Brillantezza con il comando apposito.
  3. Osservazioni:
    • secondo il principio di Huygens, i singoli punti della fenditura diventano sorgenti di onde sferiche secondarie; l'inviluppo è tanto più sferico quanto minore è il numero di onde sferiche che lo costituiscono (numero che è ovviamente proporzionale alla larghezza della fenditura), cioè quando la sorgente (in questo caso la fenditura) può essere considerata quasi puntiforme. Ciò accade se la dimensione della sorgente è molto minore della lunghezza d'onda dell'onda generata.
  4. Per saperne di più: vedi diffrazione, Principio di Huygens, Principio di sovrapposizione
  5. Altri esperimenti: ti invitiamo anche a sperimentare la diffrazione da doppia fenditura selezionando nel menu in alto Diffrazione: 2 feritoie. Osserverai zone di buio disposte con regolarità. Tale fenomeno può essere spiegato dal concetto di intereferenza distruttiva.

Diffrazione prodotta da un semipiano

  1. Istruzioni
    • Clicca qui per avviare l'applet Onde 2D e seleziona in alto a sinistra Diffrazione: semipiano;
    • per modificare la lunghezza d'onda agisci sul comando Frequenza sorgente 1; mettiti in condizioni estreme: osserva cosa accade a basse frequenze (grandi lughezze d'onda) e ad alte frequenze (piccole lunghezza d'onda).
    • modificando la frequenza può accadere che l'onda risulti meno brillante. Ciò può essere evitato aumentandone la Brillantezza con il comando apposito. Valori di brillantezza elevati consentiranno di visualizzare anche "increspature" di ampiezza modesta.
  2. Osservazioni:
    • l'esperimento non lascia dubbi: la capacità dell'onda di "diffrangersi" e di visitare zone non permesse dalla teoria corpuscolare dipende dalle dimensione relative della lunghezza d'onda e dell'ostacolo. Quando la lunghezza d'onda è molto maggiore delle dimensioni dell'ostacolo (basse frequenze), l'onda si riforma quasi subito quasi non avesse "visto" l'ostacolo. Quando la lunghezza d'onda è piccola rispetto alle dimensioni dell'ostacolo (alte frequenze) l'ostacolo fa sentire il suo effetto determinando la formazione di una "zona d'ombra".
  3. Per saperne di più: vedi diffrazione, Principio di Huygens, Principio di sovrapposizione

A conclusioni analoghe si può pervenire con la seguente esperienza:

Diffrazione prodotta da un ostacolo

  1. Istruzioni
    • Clicca qui per avviare l'applet Onde 2D e seleziona in alto a sinistra Diffrazione: ostacolo;
    • per modificare la lunghezza d'onda agisci sul comando Frequenza sorgente 1; mettiti in condizioni estreme: osserva cosa accade a basse frequenze (grandi lughezze d'onda) e ad alte frequenze (piccole lunghezza d'onda). La formazione di una zona d'ombra ad alte frequenza è ora meno nitida a causa delle ridotte dimensioni trasversali dell'ostacolo.
    • Se vuoi modificare la forma e le dimensioni dell'ostacolo
      • seleziona Stop e Cancella Onde. Così facendo sarà visualizzato solo l'ostacolo e la feritoia da modificare;
      • clicca col destro nell'area di visualizzazione e seleziona modifica pareti; il mouse funziona in modo "toggle": cliccando dove è presente un ostacolo questo si cancellerà e viceversa; prova, in prima battuta, ad allungare l'ostacolo.
      • per riattivare l'animazione deseleziona Stop
        • prova a ripetere la procedura per creare un ostacolo bidimensionale (con dimensioni longitudinali) non trascurabili.
  2. Osservazioni:
    • l'esperimento non lascia dubbi: la capacità dell'onda di "diffrangersi" e di visitare zone non permesse dalla teoria corpuscolare dipende dalle dimensione relative della lunghezza d'onda e dell'ostacolo. Quando la lunghezza d'onda è molto maggiore delle dimensioni dell'ostacolo (basse frequenze), l'onda si riforma quasi subito quasi non avesse "visto" l'ostacolo. Quando la lunghezza d'onda è piccola rispetto alle dimensioni dell'ostacolo (alte frequenze) l'ostacolo fa sentire il suo effetto determinando la formazione di una "zona d'ombra" e al tempo stesso la nascita di un'onda riflessa.
  3. Per saperne di più: vedi diffrazione, Principio di Huygens, Principio di sovrapposizione

Dimensioni longitudinali dell'ostacolo non trascurabili favoriscono il formarsi della zona d'ombra.

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