Onde e suoni
Altre proprietà del suono
Come tutte le onde, anche il suono trasporta energia man mano che si propaga (lo conferma il fatto che un suono molto intenso può mandare in frantumi i vetri di una finestra). Per questo possiamo associare ad ogni sorgente sonora una potenza. La potenza è l'energia che viene emessa dalla sorgente diviso l'intervallo di tempo nel quale questa energia viene emessa. Anche in questo caso la potenza si misura in watt.
La potenza acustica è importante anche per definire meglio da un punto di vista quantitativo l'intensità del suono che abbiamo introdotto nella precedente sezione. L'intensità di un suono I è il rapporto tra la potenza acustica P che attraversa una certa superficie perpendicolare alla direzione di propagazione del suono e l'area della superficie stessa A, ossia I = P / A. L'unità di misura dell'intensità nel Sistema Internazionale è il watt su metro quadro (W / m2).
Esiste un'intensità minima che l'orecchio umano può percepire, pari a Imin = 10-12 W / m2. Esiste anche un'intensità massima Imax = 10-2 W / m2 oltre alla quale si possono verificare danni per l'orecchio. Un'unità molto utilizzata per l'intensità sonora è anche il decibel. Dal momento che l'orecchio percepisce i suoni in base al logaritmo della loro intensità, il decibel è una scala logaritmica:10 dB = 10 · 10-12 W / m2 = 10-11 W / m2 (fruscio di foglie)
20 dB = 102 · 10-12 W / m2 = 10-10 W / m2 (lieve sussurro)
70 dB = 107 · 10-12 W / m2 = 10-5 W / m2 (traffico cittadino)
120 dB = 1012 · 10-12 W / m2 = 1 W / m2 (martello pneumatico, soglia del dolore).
La gamma di suoni percepibili dall'orecchio umano è pertanto vastissima: il martello pneumatico o la soglia del dolore (120 dB) corrispondono infatti a un'intensità di 1012 (mille miliardi) volte maggiore rispetto al suono appena percepito (0 dB).
Il suono, come tutte le onde, si può riflettere quando incontra una superficie, si può trasmettere da un mezzo all'altro e può anche essere assorbito. Come nel caso della luce, anche la riflessione del suono è regolata dalle usuali leggi della riflessione. Un tipico fenomeno legato alla riflessione delle onde sonore è l'eco. Se un'onda sonora si riflette su una superficie posta a una certa distanza d da noi, il suono ritorna alle nostre orecchie dopo un tempo pari a t = 2d / v dove v è la velocità del suono. Siccome noi riusciamo a percepire come distinti due suoni che ci arrivano separati da un intervallo di 0.1 s, affinché si verifichi il fenomeno dell'eco è necessario che la parete si trovi a una distanza di almeno
d = v · t / 2 = 340 m / s · 0.1 s / 2 = 17 m.
Quando la parete si trova a queste distanze noi cominciamo a percepire come distinti il suono emesso e il suono riflesso.
Sulla riflessione delle onde sonore si basa anche l'ecografia usata in medicina dove vengono utilizzati gli ultrasuoni, ossia suoni aventi frequenze comprese tra i 2 e i 15 MHz. A partire dalle onde sonore riflesse è possibile ricostruire l'organo al quale si è interessati. Molto utilizzato nelle ecografie, ad esempio per misurare la velocità dei globuli rossi nelle arterie, è anche il cosiddetto effetto Doppler, scoperto nel 1842. Si tratta del tipico effetto per cui noi percepiamo il suono emesso da una sirena che si sta avvicinando a noi come più acuto e il suono emesso da una sirena che si sta allontanando come più grave. In particolare se indichiamo con v la velocità del suono, con vs la velocità della sorgente e con fs la frequenza emessa dalla sorgente avremo che se la sorgente si sta avvicinando all'osservatore la frequenza fo percepita dall'osservatore è fo = fs · v / (v - vs) maggiore della frequenza emessa dalla sorgente. Se invece la sorgente si sta allontanando dall'osservatore avremo fo = fs · v / (v + vs) minore della frequenza emessa dalla sorgente.
