Lab rifrazione

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

Rifrazione

  1. Istruzioni
    • Clicca qui per avviare l'applet Onde 2D e seleziona in alto a sinistra Rifrazione;
    • Se vuoi modificare la posizione la posizione della sorgente selezione Stop e Cancella onde.
    • Con il mouse trascina gli estremi dell'onda piana (le due crocette cerchiate blu) nelle posizioni desiderate.
    • Deseleziona Stop
      Ti suggeriamo:
      • di cambiare l'angolo tra onda piana e superficie di separazione
      • di provare a mettere la sorgente dell'onda entro il mezzo blu
      • di provare a orientare l'onda piana parallelamente alla superficie di separazione
  2. Osservazioni
    • Il programma di "default" si mette in una configurazione avente per sorgente un'onda piana la cui direzione di propagazione forma un certo angolo con la superficie di separazione. Si osservano il raggio riflesso e rifratto che si avvicina alla normale alla superficie di separazione. Modificando la posizione della sorgente come suggerito si osserva:
    • quando la sorgente è interna al mezzo a maggior indice di rifrazione il raggio si allontana dalla normale;
    • quando il fronte d'onda è parallelo alla superficie di separazione non si osserva alcuna deviazione della direzione di propagazione ma proprio per questo si osserva in modo esclusivo la variazione della lunghezza d'onda (e non della frequenza) nel passaggio da un mezzo all'altro.
  3. Argomenti collegati: vedi Rifrazione, Indice di rifrazione, Rifrazione in una dimensione
  4. Per saperne di più: vedi Impedenza, Adattamento di impedenza, Onde e arcobaleni, Rifrazione del suono

Riflessione totale

  1. Istruzioni
    • Clicca qui per avviare l'applet Onde 2D e seleziona in alto a sinistra Rifrazione totale;
    • Se vuoi modificare la posizione la posizione della sorgente selezione Stop e Cancella onde.
    • Con il mouse trascina gli estremi dell'onda piana (le due crocette cerchiate blu) nelle posizioni desiderate.
    • Deseleziona Stop
      • Ti suggeriamo di cambiare l'angolo tra onda piana e superficie di separazione fino a quando ricompare il fenomeno della rifrazione.
  2. Osservazioni
    • Il programma di "default" si mette in una configurazione in cui l'incidenza del fronte d'onda avviene ad un angolo superiore all'angolo limite. In tale configurazione si dovrebbe avere solo riflessione. In realtà appare anche un debole fronte d'onda rifratto dovuto alle onde sferiche generate dai punti estremi dell'onda piana (che incidono in modo non radente).
  3. Argomenti collegati: vedi Rifrazione, Indice di rifrazione, Rifrazione in una dimensione
  4. Per saperne di più: vedi Impedenza, Adattamento di impedenza, Onde e arcobaleni, Rifrazione del suono

Riflessione totale da un prisma circolare

  1. Istruzioni
    • Clicca qui per avviare l'applet Onde 2D e seleziona in alto a sinistra Rifrazione prisma circolare;
    • Seleziona Stop e Cancella onde;
    • Seleziona nel secondo menu a tendina (a partire dall'alto) 1 sorgente 1 frequenza;
    • Con il mouse trascina la sorgente entro la zona circolare a maggior indice di rifrazione in posizione prossima al centro della zona.
    • Deseleziona Stop. Cosa osservi?
    • Seleziona Stop e Cancella onde;
    • Con il mouse trascina ora la sorgente entro la zona circolare in una zona prossima all'interfaccia.
    • Deseleziona Stop. Cosa osservi?
  2. Osservazioni
    • Il programma di "default" si mette in una configurazione in cui la sorgente è un'onda piana di cui si visualizzano i fronti rifratti dalla zona circolare. Le modifiche suggerite consentono di verificare, in modo spettacolare, il fenomeno della riflessione totale: quando la sorgente è interna al mezzo a maggior indice di rifrazione e si trova in prossimità delle pareti, l'onda che essa genera riesce ad uscire solo in corrispondenza di determinati angoli di incidenza (non troppo radenti). Si osservi che quando la sorgente si trova in prossimità del centro della zona circolare gli angoli di incidenza non sono sufficientemente elevati per determinare la riflessione totale e l'onda rifratta esce da ogni direzione.
  3. Argomenti collegati: vedi Rifrazione, Indice di rifrazione, Rifrazione in una dimensione
  4. Per saperne di più: vedi Impedenza, Adattamento di impedenza, Onde e arcobaleni, Rifrazione del suono

Miraggi ed altri strani fenomeni

  1. Istruzioni
    • Clicca qui per avviare l'applet Onde 2D e seleziona in alto a sinistra Rifrazione: miraggio;
      • se hai problemi dovuti alla poca alla poca brillantezza dei colori (aumenta la brillantezza con il cursore omonimo)
    • Divertiti a muovere la sorgente trascinandola con il mouse. Tale operazione genererà un'immagine confusa dovuta alla sovrapposizione delle onde generate dalla sorgente nelle varie posizioni
    • Per vedere più chiaramente il fenomeno fai ripartire l'animazione da capo selezionando "Cancella onde"
    • Inserisci una parete verticale, a circa un centimetro dalla sorgente, che parta dal bordo superiore della finestra e termini appena sotto l'altezza della sorgente. Per compiere tale operazione:
      • seleziona Stop;
      • nel menu Funzioni del Mouse seleziona Mouse=modifica pareti
      • costruisci la parete trascinando il mouse, con il tasto destro premuto, sulla zona di interesse
  2. Osservazioni
    • Il programma di "default" si mette in una configurazione in cui lo spazio fisico visitato dall'onda ha una zona (colorata in nero) ad indice di rifrazione decrescente. Il cambiamento di direzione dell'onda è assolutamente osservabile: un osservatore posto sulla sinistra crederà che il raggio provenga dalla zona nera e non dalla reale posizione della sorgente: è quello che abbiamo chiamato miraggio inferiore.L'inserimento della parete permette di cogliere una peculiarità delle onde: la capacità di superare gli ostacoli (in questo caso tale capacità non sarà dovuta alla diffrazione ma proprio al cambiamento dell'indice di rifrazione).
  3. Argomenti collegati: vedi Rifrazione, Indice di rifrazione, Rifrazione in una dimensione
  4. Per saperne di più: vedi Impedenza, Adattamento di impedenza, Onde e arcobaleni, Rifrazione del suono
  5. Altri esperimenti

Puoi sperimentare altri tipi di miraggio, ottenuti variando l'indice di rifrazione in modo differente, selezionando in alto a sinistra

  • Rifrazione:inversione termica

Questa dimostrazione riproduce piuttosto fedelmente un noto miraggio sonoro dovuto a particolari condizioni di inversione termica dell'atmosfera. Per una illustrazione completa del fenomeno si veda rifrazione del suono.

  • Rifrazione:gradiente termico 1
  • Rifrazione:gradiente termico 2

Osserva attentamente e cerca di capire l'andamento dell'indice di rifrazione nelle varie zone.

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