R: Onde Acustiche e Onde Elettromagnetiche

From: Ilaria <Skyily_at_freemail.it>
Date: 2000/04/18

dumbo <_cmass_at_tin.it> wrote in message
01bf954e$f992d300$LocalHost_at_default...

Innanzi tutto grazie per le risposte...a chiunque ne abbia date

> Ilaria nel suo articolo del 23 marzo chiede quali
> sono le somiglianze e le differenze tra onde sonore
> e onde elettromagnetiche.

> Per brevit� chiamer� onde S le onde sonore, e onde EM le onde
> elettromagnetiche.
> Premetto che in natura esistono due tipi fondamentali di onde:
> le trasversali T, e le longitudinali L. In tutte e due c'� qualcosa
> che oscilla, ma mentre nelle T l'oscillazione � perpendicolare
> alla direzione di propagazione, nelle L l'oscillazione avviene
> nella stessa direzione nella quale avviene la propagazione.

Sono le onde di Rayleigh e le onde di Love studiate ai tempi del liceo in
geografia astronomica nel capitolo dei terremoti giusto?...
Mi pare per� che le onde di Love siano quelle a propagazione elicoidale...
anche se gli anni trascorsi hanno rimosso molte nozioni interessanti.

> Per esempio: le onde che si producono agitando una corda
> sono onde T, quelle che si propagano lungo una molla quando
> un'estremit� viene ritmicamente tirata e lasciata sono di tipo L.

Quelle della corda sono le onde stazionarie se la corda � voncolata
giusto?... cos�...t anto per ripassare un po' di fisica per comprendere
meglio....
inoltre ho sentito che questo tipo di onde non siano in grado di attuare un
trrasporto... ad esempio di massa... come nel mare ad esempio ci possono
essere situazioni di onde i cui tagli trasversali riconoscano uno
spostamento della massa (anche dell'energia?) solo sul piano trasversale....
esempio su e gi�... se abbiano polarizzazione lineare... o su una regione
estesa del piano qualora abbiano polarizzazione differente bidimensionale.
(Sempre letto in geografia astronomica nei terremoti)
possibile che esista una onda che si propaghi "elasticamente" senza che
nulla cambi pozizione trasversale?...
devo supporre allora che nel mare siano le onde superficiali a portare un
pallone a riva o a largo.... ma io sento la spinta anche in fondo.... e ci�
� testimoniato dalla formazione di un fondale ondulatorio mutevole nel
tempo.

> Fatta questa distinzione molto importante, eccoti la prima
> differenza tra onde S e onde EM;
>
> Le onde EM sono sempre (sottolineo, sempre) di tipo T,

Non credo possa generalizzarsi a tal punto....
questo � vero solo per mezzi lineari...e soprattutto isotropi.... e,
incidentalmente, omogenei...
infatti... se consideri un mezzo chirale.... non � per nulla vero che
l'onda sia T... ma il vettore campo elettrico ed il vettore campo magnetico
hanno un angolo differente dall'angolo retto con
il vettore di propagazione...
Mi sembra di aver verificato questo con le posizioni di Hengeta

> mentre invece le onde S nei gas e nei liquidi sono sempre
> di tipo L ;

Anche le onde superficiali di un sasso in uno stagno?
o in prossimit� di una fenditura su un ostacolo poggiato a pelo d'acqua?...
anche per quelle onde come per le elettromagnetiche vale il principio di
scomposizione di Huygens...

>solamente nei solidi si possono trovare onde S T
> (questo perch� i solidi -- a differenza dei gas e dei liquidi --
> sono capaci di reagire elasticamente anche alle sollecitazioni
> tangenziali, che modificano la forma ma non il volume).

> Detto pi� concretamente: le onde EM sono come dice il nome
> oscillazioni di campi elettrici ( E ) e magnetici ( M ) nel vuoto;

Dove per oscillazioni si intende variazione nel tempo e nello spazio.... ma
tali oscillazioni devono essere necessariamente rappresentate da funzioni
sinusoidali o possono essere rappresentate anche da altre funzioni... ad
esempio esponenziali a esponente reale?...

> il campo E � sempre perpendicolare alla direzione di propagazione
> (se l'onda viaggia da nord a sud, E vibra da est a ovest )

Torno a dire che ritengo che ci� possa dirsi solo nei mezzi molto molto
ideali.... come vuoto o mezzi comunque isotropi ed omogenei... perch� per
mezi che non siano tali, credo che si possa avvertire una probabile
inflessione del vettore campo elettrico o vettore campo magnetico verso la
retta di giacitura del vettore di propagazione....
correggimi se le mie deduzioni non sono corrette. ;-)

> La stessa cosa f� il campo M; insomma mentre l'onda v�
> dritta in avanti, E ed M oscillano " di traverso "; da questa
> oscillazione " di traverso " viene il nome " trasversale "

Mi sembra di avere capito che i vettori campi elettrico e magnetico non
possono avere componente diretta lungo la direzione di propagazione...
mi sovviene ora un esempio pratico di un campo elettromagnetico che
smentisce quanto detto....
o forse no perch� si tratta di una sovrapposizione di pi� "campi"... non ho
le idee chiare... ma mi riferisco ai cosiddetti faci a sezione
invariante....
la somma di tutte le onde piane che costituiscono un fascio a sezione
invariante hanno vettore di propagazione disposto lungo un cono
simmetricamente al vettore di propagazione del campo risultante...
se sommi due contributi in un unico "campo"... non ottieni un campo
risultante con vettore di propagazione non ortogonale al campo elettroco....
ad esempio se pensi ad un campo cosinusoidale... che credo possa essere
rappresentato come somma di due onde piane grazie alla formulazione di
Eulero delle funzioni trascendenti trigonometriche

> Invece, nelle onde S abbiamo particelle che vanno avanti e indietro
> lungo la stessa linea in cui avviene lo spostamento dell'onda;

Mi sembra di ricordare dall geografia astronomica che esistono onde in cui
le particelle si muovono ruotando lungo la direzione di propagazione... e
queste?....
inoltre se pizzichi una corda sottile tesa... le onde sonore suscitate non
sono della stessa forma di quelle emesse da una distribuzione di correnti
variabili nel tempo?...

> " lungo " la stessa linea, e da qui viene il nome " longitudinali "
> (immagino dal latino longus = lungo; ma bisognerebbe chiedere
> al NG it.filologia classica, se c'�).
;-)
> La seconda differenza � quella che hai gi� detto tu, cio�
> le onde L si propagano nel vuoto mentre le onde S hanno
> bisogno di un supporto materiale.
>
Ed il principio di Huygens che vale sia per onde elastiche che per onde
elettromagnetiche non lascia ipotizzate uno spostamento di qualche cosa
(cosa se non � indispensabile in mezzo?) anche in direzione
longitudinale?...
voglio dire... cosa � che "sospinge" una variazione dei vettori campo
elettrico e magnetico in una data direzione spaziale?... in un mezzo le
particelle precedenti scambiano elasticamente energia con le particelle
limitrofe e proporzionalmente alla loro "co-assialit�" con la loro direzione
di propagazione... ma, in assenza di mezzo, cosa giustifica la propagazione
dell'energia?...

> Immagino ci siano altre differenze, ma adesso guardiamo
> le somiglianze:
>
> il suono che proviene da una sorgente puntiforme si attenua
> col quadrato della distanza, e cos� anche la luce.
> La spiegazione di questo fatto � che entrambi i tipi di onde
> si propagano nello spazio a tre dimensioni; l'energia dell'onda
> si distribuisce sopra superfici sferiche centrate nella sorgente,
> e di raggio uguale alla distanza dalla sorgente.

4 PiGreco r^2 !.... utile osservazione!

> L' area della sfera � proporzionale al quadrato del raggio e quindi
> l'energia dell'onda a distanza d dalla sorgente, dovendosi
> diluire su tutta la superficie sferica di raggio d, diventer� pi�
> debole in ragione del quadrato di d (ahim�, che brutta spiegazione,
> ma senza fare disegni non riesco a essere pi� chiaro).
Chiarissimo grazie... magari farebbe acqua per un prof di fisica... ma per
intenderci va benone grazie ;-)

> Se fossimo esseri bidimensionali costretti a vivere come ombre
> su una superficie piana le cose invece andrebbero cos�: il suono
> ( e anche la luce) si propagherebbe con cerchi concentrici
> e la loro intensit� diminuirebbe con la prima potenza della distanza
> (perch� la circonferenza di un cerchio � proporzionale alla
> prima potenza del raggio). Se invece vivessimo in quattro dimensioni
> l'intensit� diminuirebbe col cubo della distanza, cio� molto
> pi� rapidamente, e faremmo pi� fatica sia a vederci che ad
> ascoltarci.
Gi�!....
Ho sentito parlare dell'esistenza di undici (o ventisette... non ricordo)
dimensioni spaziali.... nessuno ne sa nulla?

> Una seconda somiglianza � che le leggi della riflessione,
> rifrazione, diffrazione (e interferenza) sono le stesse sia
> per la luce che per il suono.

Non immaginavo davvero!!!....
Ma come?... la luce non "vive" di condizioni al contorno?!!... che
condizioni al contorno pu� rispettare una onda elastica ... che � composta
da dimensioni vettoriali non spaziali (E e B) ... ma solamente spaziali
(variazione di posizione trasversale di oscillazione della singola
particella eccitata nel moto)

> Una terza somiglianza � che sia le onde S che le EM
> obbediscono al principio di sovrapposizione.
> Per esempio: prendi due torce elettriche e accendile;
> hai prodotto due fasci luminosi. Ora incrocia i due fasci,
> e vedrai che passano uno attraverso l'altro senza rompersi,
> senza deviare, senza rimbalzare uno sull'altro;

ma non interferiscono?.... voglio dire che se eccito delle onde su una
superficie di acqua da due sorgenti puntiformi ... le onde si sommano
"direttamente"... senza "scontrarsi"?


> ognuno si comporta come se l'altro non esistesse, si ignorano,
> tirano dritto per la propria strada.
sovrapposizione degli effetti!
> La stessa cosa accade per il suono.
>
> Una quarta somiglianza (la pi� importante di tutte, perch�
> racchiude in s� tutte le altre somiglianze) � che le onde
> EM e le onde S obbediscono alla stessa equazione
> di propagazione(equazione delle onde di D'Alembert).

scusa se aggiungo dati... ma in tre dimensioni l'equazione delle armoniche
di D'Alembert si chiama Equazione di Helmoltz se non erro.
. . .

> Per� c'� da dire una cosa: mentre le onde EM (in un mezzo
> omogeneo) soddisfano sempre l'equazione di D'Alembert
> qualunque sia la loro intensit� (anche enorme), la stessa
> cosa non si verifica per le onde S ; queste sono descritte
> molto bene dall'equazione di D'Alembert solo se sono
> abbastanza deboli; altrimenti sorgono complicazioni;
Non lo immaginavo proprio.
> succede addirittura che, quando l'intensit� � troppo forte,
> non viene soddisfatta nessuna equazione differenziale; �
> il caso delle onde d'urto (come quando scoppia una bomba).
> In questi casi il principio di sovrapposizione (che � una
> conseguenza dell'equazione di D'Alembert) non vale.

Come si studia questo caso?... e tale principio perde di validit� per una
deformazione troppo bruta del materiale, uscendo dalla regione di
"quasi-linearit�" dell'elasticit� del materiale. le relazioni lineari
differenziali perdono di significativit� giusto?!

> Ma in tutte le circostanze della vita pratica l'equazione
> di D'Alembert � soddisfatta anche dalle onde S, cosicch�
> alla tua domanda " esiste un formalismo comune ? " .
> si pu� rispondere s�, � il formalismo dell'equazione di D'Alembert.

Ho sentito parlare di schermi e camere anecoiche... quelle che si usano per
la musica...
noti i dati per rendere anecoica una camera per le onde elastiche... posso
utilizzare gli stessi dati per rendere una camera anecoica per le onde EM?

> Cordiali saluti.
Grazie... molto gentile e prezioso spunto di riflessione
Grazie ancora!
Ciao!
> Corrado
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Received on Tue Apr 18 2000 - 00:00:00 CEST