On_llum_so (2012)

Apunte Español
Universidad Universidad de Barcelona (UB)
Grado Maestro en Educación Primaria - 2º curso
Asignatura Didàctica de la matèria
Año del apunte 2012
Páginas 40
Fecha de subida 16/10/2014
Descargas 2
Subido por

Vista previa del texto

TEMA 5.- Processos ondulatoris; so i llum Introducció Quan es parla d'ones molta gent pensa en una línia ondulada, com les onades del mar o les que fa el gotejar d'una aixeta sobre la superfície de l'aigua. I certament, aquestes imatges són materialitzacions o modelitzacions del concepte físic d'ona. El model científic d'ona és aplicable des de fenòmens mecànics, com l'ondulació de l'aigua abans esmentada, fins a electromagnètics, com la manera de comunicar-nos. En particular hi ha dos fenòmens naturals que es poden descriure com a ones i que són força transcendents per relacionar-nos: el so i la llum.
Objectius -Conèixer el comportament dels processos de naturalesa ondulatòria, en especial els relacionats amb llum i so.
-Conèixer alguns dels conceptes, lleis i teories bàsiques que tracten d'interpretar els processos ondulatoris i en especial la llum i el so.
-Referir-se a aquests processos utilitzant els conceptes, lleis i teories bàsiques.
-Reconèixer la incidència d'aquests processos i teories al nostre món.
-Desenvolupar actituds de curiositat i respecte vers la natura i el coneixement científic que tracta d'interpretar-la.
ÍNDEX 1.-El concepte d'ona; exemples ...................................................................... V-4 1.1.-Ones mecàniques en una, dues i tres dimensions................................... V-4 1.1.1.-Ones lineals en una corda .................................................................... V-5 -1 1.1.2.-Ones superficials a l'aigua .................................................................... V-5 1.1.3.-Terratrèmols en totes les direccions a l'interior de la Terra................... V-6 1.2.-L'esmorteïment de les ones amb la distància .......................................... V-6 1.3.-Els dos moviments de les ones................................................................ V-7 1.4.-Ones transversals i longitudinals.............................................................. V-7 Qüestions ........................................................................................................ V-8 2.-Les ones a l'espai ....................................................................................... V-9 2.1.-La longitud d'ona; relacions bàsiques ...................................................... V-9 2.1.1.-Relació entre la pertorbació i la seva propagació................................ V-10 2.1.2.-La relació inversa entre longituds i freqüències de les ones ............... V-11 2.2.-Fenomens de composició d'ones .......................................................... V-11 2.2.1.-La interferència d'ones ........................................................................ V-11 2.2.2.-Ones en espais limitats; ones estacionàries ....................................... V-12 2.2.3.-L'origen de l'harmonia; la sèrie harmònica .......................................... V-13 2.2.4.-Els cossos vibren i ressonen............................................................... V-14 2.3.-Reflexió i refracció de les ones .............................................................. V-14 2.3.1.-El fenomen de la reflexió en una superfície ........................................ V-15 2.3.2.-El fenomen de la refracció en una superfície ...................................... V-15 2.4.-I si es mou l'emissor?; l'efecte Doppler .................................................. V-16 Qüestions ...................................................................................................... V-16 3.-El so és una ona ....................................................................................... V-18 3.1.- La producció del so; les vibracions sonores.......................................... V-18 -2 3.2.-La transmissió del so; les vibracions es propaguen ............................... V-18 3.2.1.- El so a través dels materials .............................................................. V-19 3.3.-La percepció del so; l'oïda...................................................................... V-19 3.3.1.-El sentit de l'oïda; sons, ultrasons i infrasons...................................... V-19 3.3.2.-La intensitat de les sensacions sonores.............................................. V-20 3.3.3.-Els sons es poden veure..................................................................... V-20 3.4.-Les qualitats musicals del so ................................................................. V-20 3.5.-Notes, instruments i ones estacionàries................................................. V-22 3.6.-El so rebota; l'eco................................................................................... V-22 Qüestions ...................................................................................................... V-23 4.-La llum és una ona.................................................................................... V-25 4.1.- Propagació i rapidesa de la llum ........................................................... V-25 4.1.1-El raig de llum ...................................................................................... V-25 4.2.-La llum es reflexa; visió dels objectes i miralls ....................................... V-26 4.3.-L'absorció i el pas de la llum a través dels materials ............................. V-26 4.4.-La refracció als materials transparents .................................................. V-27 4.5.-Les lents convergents i divergents ......................................................... V-27 4.6.-L'ull i la percepció visual......................................................................... V-28 4.6.1.-Límits de sensibilitat de l'ull; llum visible, llum invisible ....................... V-29 4.6.2.-Permanència de la sensació visual ..................................................... V-29 4.7.-Defectes de visió i lents ......................................................................... V-30 4.8.- Els fenòmens de color........................................................................... V-30 4.8.1.-La freqüència i els colors de la llum .................................................... V-30 -3 4.8.2.-La descomposició de la llum blanca.................................................... V-31 4.8.3.-La llum es dispersa a l'aire i dona colors............................................. V-32 4.8.4.-Els colors dels materials ..................................................................... V-32 Qüestions ...................................................................................................... V-33 5.- Les ones electromagnètiques més enllà de la llum.................................. V-34 5.1.-Llum, cosmos i distàncies ...................................................................... V-35 Qüestions ...................................................................................................... V-35 Qüestionari final de tema .............................................................................. V-36 GLOSSARI.................................................................................................... V-38 1.-El concepte d'ona; exemples De manera sintètica podem dir que una ona és un fenomen de propagació d'una pertorbació o, si voleu, un transport d'energia que no requereix un transport de matèria.
El punt on es produeix la pertorbació que es propaga és el punt emissor o focus.
1.1.-Ones mecàniques en una, dues i tres dimensions Veiem per situar-nos uns exemples d'ones mecàniques conegudes. Les ones mecàniques són les que propaguen una vibració de la matèria.
-4 1.1.1.-Ones lineals en una corda Preneu una corda llarga (una molla d'aquestes grans, anomenades slinky, que es venen a les cases de joguines resulta encara millor) i lligueu-la per un extrem a un lloc fix, després agafeu la corda per l'altre extrem i feu oscil·lar la mà amunt i avall. Si ho feu bé, veureu com tota la corda adopta una forma ondulada.
Mirem d'analitzar el que està passant. Vosaltres li esteu comunicant un moviment d'oscil·lació només a un extrem de la corda, aquest és el punt emissor o focus. Però aquest moviment no es queda a l'extrem sinó que avança a través de la corda fins arribar a l'extrem lligat on rebota i torna, (encara que més afeblit), cap on hi ha la vostra mà. Potser ho apreciareu millor si tibeu fort la corda i la pitgeu amb força amb un dit, com qui toca la corda d'un instrument. Veureu com la pertorbació s'allunya, rebota i torna, i la notareu sacsejar la vostra mà.
Podem dir que s'ha traslladat la pertorbació, o el moviment d'oscil·lació, o l'energia de l'oscil·lació, però no la matèria, cada punt de la corda resta on era inicialment.
1.1.2.-Ones superficials a l'aigua Vegem-ho amb dues dimensions. Deixeu caure una gota al mig d'un cossi d'aigua. La gota pitja la superfície de l'aigua al punt on cau i la fa oscil·lar, aquest és el punt emissor. A partir d'aquest punt l'oscil·lació s'estén en totes les direccions i de seguida apareixen unes ondulacions que ocupen tota la superfície de l'aigua i també reboten en arribar a la vorera.
Com abans, la gota que cau al focus és capaç de fer oscil·lar un suro que hi ha a l'aigua prop de la vora. S'ha traslladat l'energia, des del focus al suro, a través de la superfície -5 de l'aigua, però no s'ha traslladat ni una gota d'aigua.
1.1.3.-Terratrèmols en totes les direccions a l'interior de la Terra Els terratrèmols són un exemple d'ones en tres dimensions. En el punt de l'interior de la Terra on es produeix una sacsejada dels materials hi tenim el focus. A partir d'aquest punt la sacsejada es propaga en totes les direccions de l'espai al mateix temps. Si ho poguéssim veure, els anells que es veuen a l'aigua, expandint-se des de l'emissor, es convertirien ara en superfícies d'esferes concèntriques que es propaguen a partir del focus en direcció radial (prolongant els radis de les esferes). Quan aquestes esferes arriben a la superfície de la Terra, llavors sí que s'aprecien les ondulacions i els seus terribles efectes. Fig5.1.
L'energia de vibració, -que pot ser molt gran-, s'ha propagat des del focus del terratrèmol fins a la superfície de la Terra però el material terrestre no s'ha mogut del lloc.
1.2.-L'esmorteïment de les ones amb la distància En els terratrèmols es veu clara una característica de les ones que és el seu esmorteïment a mida que ens allunyem del punt emissor.
A mesura que l'ona es propaga, l'energia emesa pel focus és reparteix en una superfície esfèrica més gran i per tant toca menys energia per unitat de superfície.
Generalitzant podem dir que una ona disminueix la intensitat o l'energia per unitat de superfície a mesura que s'allunya del punt emissor.
Això és el que permet situar el focus d'un terratrèmol. El punt de la superfície on la sacsejada és més intensa ( anomenat epicentre) és el més proper al focus, per tant el -6 focus ha d'estar sota, en direcció radial cap al centre de la Terra.
Hi ha també una altre factor que contribueix a l'esmorteïment de les ones i és l'absorció d'energia a càrrec del mitjà on es propaguen. Com més s'allunya del focus una ona més energia ha perdut absorbida pel material on es propaga.
1.3.-Els dos moviments de les ones Reprenem, per argumentar, l'exemple de les ones en la corda i en la superfície de l'aigua perquè són perceptibles a simple vista. És clar però que les conclusions seran generalitzables a tres dimensions.
Notem que en una ona hi ha dos moviments, el de la pertorbació (oscil·lació vertical, en aquest cas) i el de la propagació de la pertorbació que avança per la corda o la superfície de l'aigua.
El moviment d'oscil·lació és produït per l'emissor i això vol dir que tant la freqüència com l'amplitud de l'ona depenen de l'emissor , -podeu moure la mà més ràpidament o més lenta i amb més o menys amplitud i variarà l'oscil·lació.
En canvi, no podeu fer que l'ona avanci més o menys ràpid perquè el moviment de propagació de l'ona depèn del mitjà on es propaga. La propagació en un mitjà homogeni és rectilínia i la rapidesa a la que avança és una característica del mitjà.
1.4.-Ones transversals i longitudinals En la corda i l'aigua, la pertorbació que es propaga és un moviment d'oscil·lació que és perpendicular a la direcció de propagació de l'ona. Quan passa això es diu que l'ona és transversal.
-7 Però si l'oscil·lació té la mateixa direcció que la propagació (com en el so) l'anomenem ona longitudinal.
En els terratrèmols es donen les dues classes d'ona a l'hora. Les longitudinals arriben abans que les transversals perquè tenen una rapidesa de propagació més gran però són més destructives les transversals.
Experiència.- Si disposeu d'una molla gran o un slinky podeu generar ones longitudinals, només cal que mantingueu tibada la molla i llavors comprimiu uns quants anells i els deixeu anar, veureu que al descomprimir-se comprimiran els del costat i així el moviment oscil·lant de compressió i descompressió dels anells es propagarà en la mateixa direcció que l'oscil·lació.
Qüestions P1.-Completeu la següent frase: Una ona és un fenomen de ............... d'una pertorbació.
R1.-Una ona és un fenomen de propagació d'una pertorbació.
P2.-Senyala la correcta.
Una ona és un fenomen de: a)-transport d'energia.
b)-transport de matèria.
c)-transport de massa.
R2.- La correcta és a), en les ones no es transporta matèria ni per tant massa.
P3.-El punt on es produeix la pertorbació que es propaga és el ......................
R3.-El punt on es produeix la pertorbació que es propaga és el punt emissor o focus.
P4.-Senyala la correcta. En un terratrèmol es propaguen ones -8 a)-longitudinals b)-transversals c)-longitudinals i transversals R4.-La correcta és c) 2.-Les ones a l'espai Quan les ones es propaguen adopten unes configuracions a l'espai que en la majoria de casos no són visibles però que són anàlogues a les de les cordes i la superfície de l'aigua. El concepte bàsic per tractar la configuració espacial de les ones és el de longitud d'ona.
2.1.-La longitud d'ona; relacions bàsiques Si poguéssim observar amb detall el perfil d'una ona estable d'una corda, o el de la superfície de l'aigua ondulada per una gota, veuríem que, -deixant de banda que l'altura de l'ona pot disminuir a mida que s'allunya de l'emissor-, hi ha un patró de repetició constituït per un pic i una vall sencers que és com la unitat generadora de l'ona. La distància que hi ha de punta a punta de qualsevol d'aquestes unitats generadores de l'ona és la longitud d'ona λ. Fig5.2.
-9 2.1.1.-Relació entre la pertorbació i la seva propagació El fet que la rapidesa de propagació de l'ona sigui independent del moviment d'oscil·lació es tradueix en una important relació entre freqüències i longituds d'ona.
Situem-nos en el punt emissor i considerem l'oscil•lació just en el moment que presenta un pic (P1). En el temps que el punt emissor fa una oscil•lació completa, és a dir en el temps de baixar fins una vall (P3) i tornar a pujar fins tenir un altre pic (P5), el pic que hi havia inicialment en el punt emissor haurà avançat una distància que serà el producte de la velocitat de propagació de l'ona pel temps que ha durat l'oscil•lació, que és un període. Si en aquest moment fem una fotografia del perfil de l'ona veurem un pic en el punt emissor (P1) i un altre pic a una distància l= v.T (5), i entre els dos pics i haurà evidentment una vall. O sigui que aquesta distància és exactament una longitud d'ona, i per tant tenim la relació: λ= v. T = v/ f on f és la freqüència, que és la inversa del període.
-10 2.1.2.-La relació inversa entre longituds i freqüències de les ones La relació anterior s'acostuma a escriure en la forma: v=λ λ.f I mirat d'aquesta manera el resultat és molt interessant, perquè donat un tipus d'ona com ara el so, com que la rapidesa de propagació és la mateixa per a qualsevol ona d'aquest tipus, tenim que v=λ λ.f = constant, que ens expressa que la longitud d'ona i la freqüència d'oscil·lació d'un determinat tipus d'ona són inversament proporcionals, de manera que si una augmenta l'altra ha de disminuir perquè el producte sigui la rapidesa constant de propagació.
2.2.-Fenomens de composició d'ones Reprenem l'experiment inicial amb cordes (o molles) en que un costat de la corda està lligat i l'altre el fem oscil·lar amb la mà. Havíem dit que la pertorbació avança fins arribar a l'extrem lligat on rebota i torna cap a la mà. Si mantenim l'oscil·lació de la mà resultarà que les pertorbacions que van i venen es composaran en cada punt de la corda sumant-se de vegades els efectes i restant-se d'altres.
2.2.1.-La interferència d'ones Aquesta composició d'oscil·lacions de la mateixa freqüència es coneix amb el nom d'interferència i dona lloc a molts fenòmens interessants.
Si en un punt les dues ones que interfereixen oscil·len en concordança se sumen els efectes i tenim una interferència constructiva anomenada ventre, on l'oscil·lació és màxima. Per contra, si les dues ones oscil·len en oposició es resten els efectes donant una interferència negativa que s'anomena node.
-11 Experiència.- Amb un objecte pla i de costat llis (una fulla d'afaitar, una tarja,...), podeu observar un fenomen d'interferència de la llum, anomenat difracció. Si li mireu atentament el perfil del costat a contra llum veureu com una mena de ratlles fosques paral·leles i molt properes al perfil del costat. Per augmentar l'efecte podeu agafar dos objectes en lloc d'un (dues targes) i apropar-los paral·lelament pel costat fins que es formi una escletxa de menys d'un mil·límetre. Si mireu a contra llum com abans observareu dins de l'escletxa diverses línies fosques paral·leles als costats, aquestes línies fosques són les zones d'interferència negativa de la llum rebotada al perfil dels costats. Si voleu podeu aprofitar per mirar el filament d'una bombeta encesa, paral·lelament a l'escletxa entre els dos objectes i veureu diversos filaments de colors en lloc d'un que corresponen a les interferències positives dels diversos colors de la llum del filament. Els fenòmens d'interferència de les ones són tan espectaculars com interessants.
2.2.2.-Ones en espais limitats; ones estacionàries La interferència d'ones que estan restringides en un espai limitat porta a un resultat molt interessant i fàcil d'experimentar.
La interferència entre les ones que van i venen li pot donar a la corda un aspecte caòtic.
Però si sou prou hàbils podeu anar modificant el ritme d'oscil·lació de la mà fins a trobar situacions perfectament ordenades i estables que es mantenen durant un temps encara que deixeu de fer oscil·lar la mà. Podeu aconseguir situacions estables amb un ventre al mig, amb dos ventres, amb tres, etc. Aquestes configuracions d'ones estables que s'encabeixen en un espai determinat s'anomenen ones estacionàries perquè sempre tenen els ventres i els nodes al mateix lloc.
-12 2.2.3.-L'origen de l'harmonia; la sèrie harmònica La fig5.5 mostra les primeres sis ones estacionàries d'una corda. La primera és la que es produeix al ritme (freqüència) més baix i s'anomena fonamental o primer harmònic. Fixeu-vos que dins de la corda s’hi encabeix exactament mitja ona, o sigui que la longitud d'ona és el doble que la longitud de la corda.
La segona s'anomena segon harmònic i és exactament una ona de longitud igual a la de la corda. Com que la longitud d'ona és la meitat que la del primer harmònic la freqüència ha de ser el doble, segons la relació inversa entre longituds i freqüències.
Com és obvi als dibuixos, les longituds de les successives ones estacionaries són divisors exactes de la longitud d'ona de la fonamental i per tant les freqüències seran múltiples exactes de la fonamental. Qualsevol harmònic s'encabeix en la fonamental i d'això en diem estar en harmonia.
Aquesta sèrie d'ones estacionàries és coneix amb el nom de la sèrie harmònica i té un ventall molt ampli d'aplicacions, des d'explicar diversos aspectes relacionats amb el timbre i l'harmonia dels sons fins al comportament ondulatori de la matèria que es considera en física quàntica.
Experiència.- Amb una molla gran o slinky és molt fàcil generar els tres o quatre primers harmònics. Es pot també mesurar el nombre d'oscil·lacions per minut dels dos o tres primers harmònics i comprovar que és compleix la llei de la relació inversa entre longituds i freqüències. Heu de procurar, però, mantenir la mateixa longitud i tensió de la molla per tots els harmònics.
-13 2.2.4.-Els cossos vibren i ressonen Agafeu un regle o qualsevol lamina o barra i subjecteu-la per un extrem sobre una taula. Amb l'altra mà doneu-li un cop a l'extrem lliure i veureu que es posa a vibrar amb un ventre en aquest extrem i un node a l'altre. És un exemple d'ona estacionària en un cos rígid. Segons el regle, el lloc on es pica i l'habilitat de qui el pica es poden aconseguir ones estacionàries més complexes.
En general tots els cossos que poden vibrar tenen la seva sèrie d'ones estacionaries i les freqüències corresponents s'anomenen les freqüències pròpies de vibració o de ressonància del cos.
Si es colpeja el cos i se'l deixa lliure vibrarà amb una combinació de les seves freqüències de ressonància, destacant la freqüència fonamental. Però també al revés, si a un cos li arriba de forma continuada una vibració de freqüència igual a una de les de ressonància, (sobretot si és la fonamental), es ficarà a vibrar amb aquesta freqüència, cada cop amb més amplitud, -és com empènyer un gronxador: s'ha de fer amb la mateixa freqüència que oscil·la i així cada cop oscil·larà amb més amplitud-. Aquest fenomen es coneix per ressonància i es diu que el cos ressona amb aquesta freqüència.
Les freqüències de ressonància s'han de tenir en compte en construcció i enginyeria per evitar vibracions molestes i fins i tot perilloses.
2.3.-Reflexió i refracció de les ones Quan una ona arriba a la superfície de separació de dos mitjans es produeix un doble fenomen pel que fa a la seva propagació, en part es reflexa cap al mitjà d'on venia i en part continua propagant-se per l'altre mitjà. Òbviament hi ha també una part de l’ona -14 que no seguirà propagant-se perquè serà absorbida per la matèria del nou mitjà.
2.3.1.-El fenomen de la reflexió en una superfície Si la superfície sobre la que incideix l’ona és molt llisa, la major part de l'ona reflectida rebota de forma semblant a com rebota una pilota en el terra pla, si incideix verticalment a la superfície rebota verticalment i si incideix amb un angle d'inclinació rebota amb el mateix angle d'inclinació. En síntesi diem que en la reflexió d'una ona, l'angle d'incidència és igual al de reflexió.
Jugant amb la forma de la superfície sobre la que incideix l'ona, es pot aprofitar la reflexió per formar diferents tipus d'imatges en miralls plans o esfèrics o per concentrar en un mateix punt totes les ones que es reflecteixen en una antena parabòlica. Fig5.6.
Cap superfície, però, és completament llisa i per tant sempre es dona el fenomen de la reflexió difusa, és a dir que sempre hi ha una proporció de l’ona que rebota en totes les direccions.
2.3.2.-El fenomen de la refracció en una superfície L'ona que segueix propagant-se pel següent mitjà canvia la rapidesa de propagació perquè aquesta depèn del mitjà. A causa d'això, en la superfície de separació dels dos mitjans pateix una desviació en la direcció de propagació que s'anomena refracció. La desviació és més gran com més gran és la diferència de rapideses de propagació.
El fenomen de la refracció és clarament perceptible en moltes situacions de llum i visió, com veurem més endavant.
-15 2.4.-I si es mou l'emissor?; l'efecte Doppler Hi ha un efecte curiós de les ones que segurament heu experimentat amb el so. Si un objecte que emet so (un tren que pita, p.e.) passa de pressa pel vostre costat notareu que canvia el to del so, de manera que és més agut mentre s'acosta i més greu mentre s'allunya. Aquest efecte, anomenat Doppler, s'explica pel fet que l'emissor es mou, de manera que quan s'acosta és com si la longitud d'ona disminuís, i per tant la freqüència augmenta, i quan s'allunya passa justament al revés.
Aquest fenomen s'utilitza per mesurar la rapidesa dels objectes i en el cas de la radiació que ens arriba de les galàxies llunyanes ens serveix per argumentar que l'Univers està en moviment d'expansió.
Qüestions P1.- Completeu la frase: En una ona que es propaga per l'espai la distància entre dues crestes consecutives és la ...............
R1.-En una ona que es propaga per l'espai la distància entre dues crestes consecutives és la longitud d'ona.
P2.- Completeu la frase: Mentre l'ona avança una longitud d'ona, a qualsevol punt de l'espai on hi ha l'ona té lloc una .......... completa R2.-Mentre l'ona avança una longitud d'ona, a qualsevol punt de l'espai on hi ha l'ona té lloc una oscil·lació completa.
P4.-Completeu la frase: Per produir-se un fenomen d'interferència és necessari que les ones siguin de la ........
-16 freqüència.
R4.-Per produir-se un fenomen d'interferència és necessari que les ones siguin de la mateixa freqüència.
P5.- Completeu la frase: Les ones que s'encabeixen de manera estable en una porció limitada de l'espai s'anomenen ..........
R5.-Les ones que s'encabeixen de manera estable en una porció limitada de l'espai s'anomenen estacionàries.
P6.- Normalment, un televisor el podeu tancar amb el comandament a distància encara que el comandament estigui orientat en direcció contraria. Digueu si són certes les següents asseveracions: a)-L'ona que emet el comandament es reflexa i pot així arribar al televisor b)-Els comandaments emeten ones en totes direccions R3.-És certa la a), l'ona que emet un comandament a distància és del tipus infraroja i es reflexa en les parets i d'altres objectes, com també travessa determinats materials com el vidre o l'aigua, de manera que podeu experimentar amb ella. Els comandaments no emeten en totes direccions, sinó dins d'un determinat angle, no massa gran, per concentrar la radiació i obtenir una intensitat més alta.
P4.-Segurament que algun cop heu notat que en passar un determinat vehicle els vidres de la finestra es posen a vibrar i fan un soroll. Digueu si són certes les següents asseveracions: a)-El soroll del camió és molt fort i per això tremolen els vidres.
b)-Els vidres ressonen amb el so del camió.
R4.- És certa la b), no és una qüestió d'intensitat de l'ona que emet el vehicle. Poden -17 produir-se vibracions i sons molt més intensos sense que els vidres reaccionin, si no fos així en alguns llocs no pararien en tot el dia. El que passa és que el vehicle en qüestió emet una freqüència que coincideix amb una de ressonància del vidre i es posa a vibrar pel fenomen de ressonància.
3.-El so és una ona Mirem de relacionar el que acabem de veure de les ones amb el so. Comencem per justificar que el so és una ona que es propaga radialment en tres dimensions veient com es produeix, com es propaga i com es percep.
3.1.- La producció del so; les vibracions sonores L'origen d'un so és un moviment de vibració que en moltes situacions és perceptible visualment o amb el tacte si es para prou atenció, com ara en la corda d'una guitarra, en un triangle musical, en la membrana d'un altaveu o en la nostra pròpia veu si ens posem la ma al coll mentre parlem.
Els materials i objectes que millor poden vibrar seran doncs els que produiran millors sons i la qualitat que hi està relacionada és per tant l'elasticitat dels materials.
No totes les vibracions produeixen so, només les que tenen freqüències compreses entre 20 i 20000 Hz són sonores, es a dir que les podem sentir.
3.2.-La transmissió del so; les vibracions es propaguen La vibració que origina el so es transmet a l'aire del voltant i es propaga en línia recta en totes direccions. La rapidesa de propagació del so a l'aire és aproximadament de 340 m/s. La vibració de l'aire no és normalment perceptible, però -18 es pot posar en evidència amb muntatges experimentals.
El so és una ona longitudinal perquè el moviment de propagació és paral·lel al de vibració. Penseu per entendre-ho que la membrana d'un altaveu oscil·la endavant i endarrera, ara empenyent i ara xuclant l'aire que hi ha al davant i fent-lo vibrar, per tant, en la mateixa direcció que avança el so.
3.2.1.- El so a través dels materials Fins ara hem dit que el so es propaga per l'aire perquè nosaltres el rebem normalment per l'aire, però de fet es pot propagar per qualsevol material, -sòlid, líquid i gasos-, sempre hi quan sigui prou elàstic. La rapidesa de propagació pels materials líquids i sòlids rígids és més alta que per l'aire.
Més o menys, tots els materials són conductors del so i això fa difícil trobar aïllants.
Com que és una ona mecànica que necessita un material per propagar-se, el millor aïllant és fer el buit, com en els vidres aïllants que tenen una capa relativament buida entre mig.
3.3.-La percepció del so; l'oïda Des del punt emissor, la vibració ens arriba per l'aire i es transmet al timpà de l'orella on s'inicia el procés sensorial de percepció del so.
3.3.1.-El sentit de l'oïda; sons, ultrasons i infrasons El sentit de percepció del so és l'oïda que, com tots els sentits, té uns límits de sensibilitat i només pot convertir en sensació sonora les vibracions que tenen freqüències compreses entre 20 i 20000 Hz.
-19 Les ones de vibracions superiors a 20000Hz s'anomenen ultrasons i les inferiors a 20Hz infrasons. Les més properes a aquests límits poden ser percebudes per alguns animals.
3.3.2.-La intensitat de les sensacions sonores En relació a la intensitat del so hi ha definida una unitat de sensació anomenada decibel tal que, comencem a sentir el so a partir de 0 decibels, una conversa normal serien uns 30 decibels i un so de 130 decibels resulta ja dolorós.
Els sons forts i mantinguts són perjudicials i poden arribar a produir sordeses progressives. D'altra banda, sembla demostrat que un nivell continuat de so, com el degut a un nivell de tràfic alt, pot produir situacions d’estrès.
Des d'un punt de vista energètic l'oïda és molt més sensible que la vista ja que necessita 10 vegades menys d'energia per ser impressionada. L'energia que li correspon a un decibel és 10-16W/cm2, realment petita.
3.3.3.-Els sons es poden veure Les vibracions del so són de molt poca amplitud i és difícil veure-les a simple vista.
Però si disposeu d'un ordinador i un programa d'estudi d'ones (Wave Studio o equivalent) podeu enregistrar sons i veure la forma de l'ona corresponent, mesurar períodes, distingir timbres, etc.,. De fet hi ha bastants programes, per exemple d'estudi d'idiomes, que permeten veure les ones de so i experimentar amb elles.
3.4.-Les qualitats musicals del so Al so se li assignen tres qualitats que són la intensitat, el timbre i el to.
-20 La intensitat es refereix a si la sensació sonora és més forta o més fluixa i això és, fonamentalment, una qüestió d'energia, -si bufem més fort a un instrument de vent (esmerçant-hi més energia) sonarà més fort i el sentirem més fort.
L'oïda, però, no sent sempre igual de fort dos sons que tinguin la mateixa energia, sinó que depèn de la freqüència. Els que se senten més fort amb la mateixa energia són els del voltant de 4.000Hz. En acostar-nos als 20 i 20.000Hz la sensibilitat de l'oïda es fa nul·la.
El timbre és la qualitat del so que permet distingir l'emissor, és a dir, si una nota l'ha fet un clarinet o un violí, p.e. Es basa en el fet que els sons són originats per ones estacionàries que depenen de la geometria i característiques de cada instrument.
L'ona fonamental és la responsable de la nota i els harmònics que l'acompanyen participen en el timbre.
El to o altura és la qualitat associada a la freqüència fonamental de la vibració de manera que doblar la freqüència significa augmentar el to una octava musical.
Quan en un so no podem identificar una freqüència fonamental determinada diem que es tracta d'un soroll.
Experiència.- Ho podem comprovar amb una pinta o un cartró dels ondulats i un bolígraf. Si passeu de presa el bolígraf tocant les puntes de la pinta sentireu un so. Si li passeu més ràpid, el so es farà més agut, però si li passeu més poc a poc el so serà més greu.
El que variem al passar el bolígraf més de pressa o més poc a poc és la freqüència dels xocs entre ell i les pues de la pinta. L'augment i disminució de la freqüència de xoc són els que donen la sensació de so més agut i més greu respectivament.
-21 3.5.-Notes, instruments i ones estacionàries La manera com es produeix una nota en qualsevol instrument, -inclosa la veu humana-, és mitjançant les ones estacionàries.
En un instrument de corda les cordes vibren amb una combinació d'ones estacionàries i aquesta vibració es transmet a l'aire. En un instrument de vent el que vibra amb una combinació d'ones estacionàries és l'aire de dins dels tubs i aquesta vibració es propaga a l'aire de l'exterior.
La nota que sona és la que correspon a la freqüència de l'ona fonamental o primer harmònic, mentre que la resta de possibles harmònics contribueixen al timbre.
Lògicament, tant per a cordes com per a tubs regeix la llei de relació inversa entre longituds i freqüències. Així, p.e., la longitud del tub d'orgue que dóna una nota ha de ser el doble de gran que la del tub que dóna la seva octava ja que aquesta té el doble de freqüència que la primera.
En general, qualsevol cos que tingui freqüències pròpies o de ressonància audibles pot emetre sons o ressonar amb aquestes freqüències.
Experiència.- Si disposeu d'ampolles buides iguals (de refrescos, p.e.) podeu fer una experiència. Si hi fiqueu diferents nivells d'aigua i bufeu al coll de les ampolles sentireu notes que seran més agudes com més curta sigui la part que queda d'aire. Si afineu bé les quantitats d'aigua podeu fer-vos una escala i tocar música.
3.6.-El so rebota; l'eco Segur que sabeu per experiència que el so rebota i podeu experimentar amb la reflexió del so utilitzant una d'aquestes tapes metàl·liques típiques de cuina. Només cal que disposeu d'un emissor de so com una ràdio, que el deixeu a poc volum i proveu -22 d’orientar la tapa de manera que reculli el so i el dirigeixi a la vostra orella.
La reflexió del so és la responsable de l'eco, en què un so se sent dues vegades, quan s'emet i quan torna rebotat.
El rebot del so a les parets hi és sempre, però normalment no sentim eco, per què? Doncs, l’explicació és que perquè hi hagi eco el so s'ha de sentir dues vegades ben diferenciades i el nostre sentit de l'oïda només sent separats dos sons si li arriben amb 0,1 segons de diferència. Això implica que entre que s'ha emès el so i arriba rebotat han d'haver passat 0,1s i en aquest temps el so ha recorregut una distància de 340 x 0,1= 34 m. Com que és un viatge d'anada i tornada són 17 metres com a mínim que hi ha d'haver entre l'emissor i la paret perquè es produeixi eco.
Si la distància és menor el so rebotat se sobreposa a la sensació que encara ens queda del so emès i no es distingeixen l'un de l'altre. Però si la distància és prou gran, encara que no arribi als 17 m, llavors la superposició de sons dona una sensació desagradable que científicament s'anomena reverberació, -encara que habitualment diem que l'habitació ressona.
Qüestions P1.-Un material com la plastilina no produeix sons. Digueu si són certes les següents asseveracions: a)-La plastilina no és elàstica i per tant no pot vibrar b)-No és cert, si la colpeges emet un so R1.- És certa la a). Si colpegem la plastilina, el que emet so és l'aire entre l'objecte copejat i el que colpeja, com en tots els cops, però la plastilina no sona perquè no vibra, i si no hi ha vibració no hi ha so .
-23 P2.-Des d'un mateix lloc s'emeten al mateix temps dues notes de diferent freqüència.
Digueu si són certes les següents asseveracions: a)-Arribaran al mateix temps a qualsevol altre lloc.
b)-La de més freqüència arribarà abans.
c)-La de més longitud d'ona arribarà més lluny.
R2.-És certa la a). La rapidesa de propagació del so no depèn de la freqüència. Arriba més o menys lluny no és proporcional a la longitud d'ona, encara que les freqüències més baixes són més fàcilment esmorteïdes i en certa manera arriben menys lluny.
P3.-El timbre de veu que sentim de nosaltres mateixos és diferent del que senten els demés, de manera que quan escoltem la nostra veu gravada ens estranya. Digueu si són certes les següents asseveracions: a)-Perquè cada persona percep el so de diferent manera.
b)-Perquè part del so de la veu ens arriba a través del ossos R3.- És certa la b). El so de la veu que ens arriba pels ossos és més ric en harmònics greus que el que ens arriba per l'aire, per això quan ens escoltem només a través de l'aire notem una veu amb un altre timbre més agut.
P5.-Segurament coneixeu que una cantant d'òpera pot trencar una copa només cantant una nota. Com s'ho fa? R5.-És un fenomen de ressonància. El cantant emet una nota de freqüència igual a la fonamental de ressonància de la copa, la copa vibra per ressonància cada cop més fins que es trenca.
-24 4.-La llum és una ona La llum és una ona electromagnètica emesa pels electrons dels àtoms excitats, ja sigui per alta temperatura ja sigui per xocs. El que vibra en l'ona de la llum són un camp magnètic i un d'elèctric perpendiculars entre si, i que oscil·len perpendicularment a la direcció de propagació de l'ona. Fig5.8.
Es tracta doncs d'una ona transversal, com la corda però en tres dimensions, -és com si a la corda, en lloc de fer-la oscil·lar només amunt i avall, anéssiu fent rodar la direcció d'oscil·lació.
4.1.- Propagació i rapidesa de la llum La llum no necessita un mitjà per propagar-se perquè no hi ha res material que vibri. Es propaga en el buit amb una rapidesa de 300.000.000 m/s però pot propagar-se també per d'altres materials amb rapideses que són inferiors a la del buit. De fet però la rapidesa de la llum a l'aire és pràcticament la mateixa que en el buit.
La velocitat de la llum al buit és independent de la freqüència, però quan la llum travessa certs materials pot variar una mica amb la freqüència. Això s'explica perquè quan la llum es propaga per un material no utilitza aquest material per propagar-se, com faria el so, sinó que el travessa i unes freqüències poden trobar més oposició al seu pas que d'altres.
4.1.1-El raig de llum Per parlar de la llum s'utilitza sovint el concepte de raig de llum que no és més que una línia imaginària que indica la direcció de propagació. El raig de llum té però una manifestació real quan en un lloc fosc i amb pols a l'aire hi entra llum per una -25 escletxa i es dispersada per les partícules de pols. Si la llum que entra procedeix del Sol, els raigs de llum ens manifesten que són paral·lels.
En efecte, si bé és veritat que la llum surt d'un emissor en direccions radials convergents, també ho és que si estem molt lluny d'un emissor els raigs que ens arriben són pràcticament paral·lels.
4.2.-La llum es reflexa; visió dels objectes i miralls La reflexió de la llum en incidir sobre una superfície és normalment difusa, que vol dir que la llum que arriba procedent d'un lloc surt reflectida desordenadament, dispersada en totes direccions, -és com si tiréssiu juntes varies pilotes contra un terra tot abonyegat, que sortirien rebotades en diverses direccions-. Aquesta llum difusa que rebota en els objectes opacs és la que, en arribar als nostres ulls, ens permet veure'ls.
Però en determinats materials, amb superfícies ben polides, anomenats miralls, els raigs de llum reboten preferentment en una direcció, de manera que es produeixen imatges dels objectes. En els miralls plans, -els més corrents-, la imatge de cada objecte és simètrica d'aquest respecte de la superfície del mirall. Fig5.9.
4.3.-L'absorció i el pas de la llum a través dels materials Hem vist que l'energia de les ones és en part absorbida pels materials quan es propaga a través d'ells. Això és especialment perceptible amb la llum: els materials il·luminats s'escalfen.
Si la captació o absorció és molt gran pot ser que tot just penetrar ja sigui absorbida tota la llum i diem que el material és opac perquè la llum no el travessa.
-26 Si sempre hi ha llum que el travessa, diem que és transparent si a través d'ell es veuen els objectes i diem que és translúcid si només passa la llum però no es reconeixen els objectes.
4.4.-La refracció als materials transparents Com totes les ones, la llum es refracta a les superfícies que separen dos mitjans transparents desviant la seva trajectòria. Es pot experimentar a simple vista, mirant un objecte, en part a través de l'aire i en part a través de l'aigua, i es veu com trencat.
Fig5.10.
Aquest fenomen de refracció és el responsable, p.e., de què els fons de les piscines es vegin més prop de la superfície com més inclinadament ens els mirem. I també de l'efecte de miratge: les capes d'aire properes a una superfície molt calenta actuen com un conjunt de superfícies que van refractant progressivament els raigs de llum, de manera que, mirada rasant, la superfície sembla un mirall, -ho podeu comprovar a l'asfalt d'una carretera en un dia d'estiu assolellat.
4.5.-Les lents convergents i divergents L'aplicació més important de la refracció són les lents. Les lents estan dissenyades de forma que aprofiten la refracció a les superfícies dels vidres per desviar els raigs i formar imatges dels objectes en els llocs convenients.
Bàsicament hi ha dos tipus de lents, convergents i divergents. Les lents convergents fan que els raigs que hi arriben paral·lels convergeixin a la sortida i les lents divergents fan que divergeixin. Fig5.11.
Les lents convergents donen imatges reals dels objectes allunyats. Una imatge es -27 diu que és real quan es pot recollir sobre un paper, com les imatges dels projectors de diapositives o de cinema.
Les lents divergents no poden donar imatges reals. Per donar una imatge real fa falta que la llum que surt d'un punt d'un objecte convergeixi, després de passar per la lent, en un altre punt, i les lents divergents no fan convergir la llum, ans al contrari.
Experiència.- Si teniu a casa alguna lupa o ulleres convergents, (de presbícia o vista cansada p.e.), podeu mirar d'obtenir la imatge real dels objectes. Heu de situar les ulleres a uns metres davant d'una finestra per on entri la llum i amb un paper blanc heu d'anar-vos allunyant de les ulleres, pel costat contrari al de la finestra, fins que veureu que es forma la imatge de la finestra sobre el paper. Veureu que la finestra es veu al revés, es diu que la imatge és invertida.
Si disposeu d'una màquina fotogràfica que tingui la possibilitat de deixar obert l'objectiu, el resultat és més espectacular perquè podeu recollir la imatge sobre un paper situat al lloc on es troba normalment la pel·lícula fotogràfica: és així com capta la imatge la pel·lícula.
4.6.-L'ull i la percepció visual L'ull és en síntesi una esfera de materials transparents. La llum entra pel costat del davant a través de la nineta, que pot variar la seva obertura segons la quantitat de llum que li arriba. La llum passa pel cristal·lí que actua com una lent convergent i forma una imatge real i invertida dels objectes sobre la retina. Aquesta està situada a la superfície esfèrica interior de l'altra banda. A la retina hi arriben les cèl·lules nervioses que transformen la imatge en estímul nerviós i el porten fins al cervell on tenim la sensació visual. Fig5.12.
-28 4.6.1.-Límits de sensibilitat de l'ull; llum visible, llum invisible El sentit de la vista és sensible només a les freqüències compreses entre 7,5. 1014 Hz i 4.1014 Hz , per sobre tenim les ones ultraviolades i per sota les infraroges.
Quan es parla de llum és corrent utilitzar la longitud d'ona en lloc de la freqüència per caracteritzar l'oscil·lació. Amb longitud d'ona els límits de sensibilitat de la vista serien de 4.10-4 mm a 7,5 .10-4 mm.
La visió diürna i la nocturna són diferents perquè són captades per diferents tipus de cèl·lules de la retina. Les cèl·lules de visió nocturna (bastonets) són més sensibles que les de visió diürna (cons), però no distingeixen els colors, de manera que la visió nocturna (sense llum artificial, és clar) és en blanc i negre.
4.6.2.-Permanència de la sensació visual La sensació visual de la imatge formada a la retina no desapareix instantàniament si tanquem els ulls, sinó que perdura gairebé una dècima de segon.
Al tancar els ulls la llum deixa d'entrar i per tant la imatge de la retina desapareix, però les cèl·lules queden excitades i la sensació visual roman al cervell durant un temps breu. Això permet al cinema i la televisió d'obtenir la sensació de moviment a partir d'imatges estàtiques. En el cas del cinema, p.e., el que es projecta són 24 imatges fotogràfiques per segon, això vol dir que cada imatge és substituïda per la següent abans de que desaparegui la sensació visual i per tant no apreciem els salts que realment hi ha.
-29 4.7.-Defectes de visió i lents Si la imatge no es forma ben bé en la retina sinó una mica davant o darrera, llavors la visió és borrosa i es pot corregir amb lents.
Si la imatge es forma darrera de la retina (hipermetropia) vol dir que els raigs no convergeixen prou i es pot corregir amb una lent convergent.
Si al contrari, es forma abans de la retina (miopia) vol dir que convergeixen massa i farà falta una lent divergent.
4.8.- Els fenòmens de color Fins ara hem parlat de la llum sense referir-nos a una característica molt evident que és el color.
4.8.1.-La freqüència i els colors de la llum Doncs bé, sabem que el color de la llum és qüestió de la freqüència, de manera que tenim el següent quadre: color λ (10-4mm) violat 4,0 - 4,5 blau 4,5 - 5,0 verd 5,0 - 5,7 groc 5,7 - 5,9 taronja 5,9 - 6,1 vermell 6,1 - 7,5 -30 I l'anomenada llum blanca és de fet la barreja de llum de tots els colors.
En parlar de la rapidesa de propagació dèiem que en alguns materials la llum de diferent color té diferent rapidesa i això és nota en la diferent desviació (refracció) que pateixen els colors. En el vidre, p.e., el que es desvia més és el blau i el menys el vermell.
4.8.2.-La descomposició de la llum blanca Segur que algun cop heu vist l'arc de Sant Martí, ja sigui al cel, ja sigui en les gotes d'algun aspersor d'aigua. Aquest arc és la manifestació del que en física és coneix com la descomposició de la llum blanca.
En determinades circumstàncies, (quan la llum blanca es reflectida per petites gotes d'aigua, o quan travessa alguns objectes de vidre), la diferent desviació dels colors es posa de manifest i aquests surten en direccions separades, mostrant l'espectre de colors. Si els reuníssim de nou, cosa que es pot fer amb l'adequat muntatge experimental, tornaríem a tenir llum blanca.
Experiència.- Hi ha una experiència que es pot fer per comprovar que la barreja de colors dóna llum blanca i que es basa en l'anomenat disc de Newton (que va ser qui el va inventar). Es tracta de fer-se un cercle de cartolina d'uns 8 o 10 cm de diàmetre, dividir-lo en sis sectors i pintar cada sector amb un color de l'arc de Sant Martí. Després travesseu el cercle pel mig amb un llapis i feu-lo girar com una baldufa tan de pressa -31 com pugueu. Veureu com desapareixen els colors i apareix una tonalitat blanquinosa (més o menys blanquinosa depenent dels colors utilitzats). Fig5.14.
En aquest cas la barreja de colors es produeix en la retina ja que, en la imatge del cercle que es forma en la retina, els colors es van sobreposant per la mateixa raó que comentàvem abans en parlar de la tècnica del cinema. Si només pinteu la cartolina amb dos o tres colors veureu el color que resultaria al barrejar-los.
4.8.3.-La llum es dispersa a l'aire i dona colors Quan la llum passa a través d'un material que té petites partícules en suspensió és dispersada en totes direccions. Però no totes les freqüències són igualment dispersades de manera que de vegades el resultat és de colors.
La llum que ens arriba del Sol, és en part dispersada a l'atmosfera al xocar amb les molècules de l'aire i la conseqüència és el color blau del cel i també els vermells de les postes i sortides de Sol.
4.8.4.-Els colors dels materials Si la llum blanca conté tots els colors, podem pensar quin és el mecanisme pel qual en incidir sobre un objecte transparent de color,(p.e. vermell), aquest es veu d'aquest determinat color (vermell) i només el travessa la llum d'aquest mateix color (vermella).
Podem suposar que el que passa és que l'objecte en qüestió absorbeix molt més les vibracions de la banda oposada al vermell que no les d'aquest color que en part són difoses i en part el travessen. El color absorbit i el que passa es diu que són complementaris.
-32 Experiència.- Podeu comprovar aquestes teories, p.e., il·luminant amb llum filtrada amb paper de cel·lofana blava un paper de cel·lofana vermella. Com que el blau és a la banda de l'espectre de colors oposada al vermell serà majoritàriament absorbida i veureu el paper vermell pràcticament de color negre per les dues bandes.
Qüestions P1.-La imatge que es forma a la retina és invertida. Digueu si són certes les següents asseveracions: a)-Després hi ha algun mecanisme que la torna a girar.
b)-No té cap importància perquè la sensació visual ja no és imatge.
R1.-És correcta la b). En el cervell no es processen imatges, la imatge de la retina es transforma a les cèl·lules nervioses en una altra mena de senyal, -probablement en senyal electromagnètica-, com passa per exemple en una càmera de vídeo.
P2.-Il·luminem amb llum blanca un cos blanc, un de negre i un de vermell. Digueu si són certes les següents asseveracions: a)-El cos negre estarà més calent perquè reflexa menys llum i n'absorbeix més.
b)-El cos blanc reflexa tota la llum.
c)-El cos vermell absorbeix tots els colors menys el vermell.
R2.-La a) és certa. La b) no és certa, que el cos sigui blanc vol dir que reflexa més o menys per igual totes les freqüències, però també absorbeix llum. La c) no és del tot certa, el cos vermell absorbeix més o menys el color complementari, però no necessàriament tots els altres colors.
P3.-La llum solar pot produir cremades importants a la pell, però a les primeres o últimes hores no és mai perillosa. Per què? -33 R3.-Perquè a aquestes hores la llum travessa una distància molt més gran de l'atmosfera i la radiació ultraviolada causant de les cremades és molt més absorbida.
No podem però fiar-nos dels dies de núvol perquè els núvols absorbeixen la llum visible però poc la ultraviolada.
5.- Les ones electromagnètiques més enllà de la llum Si mireu la taula d'ones electromagnètiques, veureu que la llum en representa un interval molt petit del conjunt. La resta d'ones electromagnètiques tenen diferents mecanismes d'emissió, diferents aplicacions i manifestacions segons la seva freqüència, però totes elles són l'oscil·lació d'un camp electromagnètic que es propaga radialment a partir de l'emissor. La rapidesa de propagació en el buit és de 300.106 m/s i és independent de l'emissor i per tant de la freqüència.
En totes les ones electromagnètiques es donaran els fenòmens propis de les ones que hem comentat en el cas de la llum (a excepció del color).
-34 5.1.-Llum, cosmos i distàncies És interessant fer notar que les ones electromagnètiques (i la llum en particular) són la font d'informació més important que ens arriba dels llocs més remots i distants de l'Univers, precisament per que es propaguen en el buit.
Així, p.e., l'efecte Doppler observat en la radiació que ens arriba dels estels ens permet argumentar l'expansió de l'univers i els espectres de color de les estrelles ens permeten estudiar la seva composició i evolució.
Per referir-se a les immenses distàncies entre astres s'utilitza una unitat de distància definida a partir de la velocitat de la llum, és tracta de l'any llum (a.l.) que és la distància que recorreria la llum en un any, és a dir 9,46.1012km.
Com a curiositat l'estrella més propera, a part del Sol, es troba a 4,26 a.l., és a dir que la llum que li veiem ara la va emetre fa 4,26 anys, -per això s'acostuma a dir que veiem el passat dels estels i mai el present.
Qüestions P1.- Si l'univers s'expandeix vol dir que els astres s'allunyen els uns dels altres. Per tant la llum que ens arribi dels estels ha de presentar l'efecte Doppler ja que són estels que s'allunyen de nosaltres. Digueu si són certes les següents asseveracions: a)-La llum que ens arribi serà més vermellosa que si l'univers no s’expandís.
b)-La llum que ens arribi serà més blavosa que si l'univers no s’expandís.
c)-Les freqüències observades seran més baixes que si l'univers no s’expandís.
R1.- La a) i la c) són certes. Si l'emissor s'allunya emet l'ona cada cop més lluny i per tant sembla com si la longitud d'ona fos més gran i la freqüència és més baixa. En conseqüència la llum la veurem més vermellosa del que l'emeten els estels.
-35 Qüestionari final de tema P1.- Completeu la frase: Per avançar una longitud d'ona es triga el temps d'un .......
R1.-Per avançar una longitud d'ona es triga el temps d'un període P2.-Completeu la frase: En un terratrèmol hi ha dues menes d'ones, .......... ...........
R2.-En un terratrèmol hi ha dues menes d'ones, longitudinals i transversals.
P3.- Digueu si són certes les següents asseveracions: Si una ona de ràdio té el doble de freqüència que una altra, a) arribarà el doble d'aviat.
b)La seva longitud d'ona serà la meitat c)la seva velocitat de propagació serà la meitat R3.- Només és certa la b) perquè la velocitat de propagació és independent de la freqüència i per tant el temps també i en canvi les freqüències i longituds són inverses.
P4.- Explica la següent asseveració: En una habitació sense mobles ni revestiments el so acostuma a ser desagradable.
R4.-Si l'habitació es buida el so rebota a totes les parets i es produeix una reverberació múltiple. Si hi coses i gent el so s'absorbeix més i no rebota tant.
P5.- Explica la següent asseveració: A la Lluna no hi podríem sentir.
R5.-A la Lluna no hi ha aire i només podríem sentir la mica de so que es propagués per terra i pels nostres ossos.
P6.- Explica la següent asseveració: Els objectes grans sonen més greus que els objectes petits -36 R6.-En efecte, és una conseqüència de la relació inversa entre longitud i freqüència.
Com més gran és l'objecte més llarga pot ser l'ona estacionària i per tant la freqüència pròpia és més petita i el so més greu.
P7.-Segur que heu pogut comprovar que abans de sentir el tro es veu el llampec.
Digueu si són certes les següents asseveracions: a)-Primer es produeix el llampec i aquest produeix el tro.
b)-El so es propaga a una velocitat però la llum és instantània.
c)-La velocitat del so és inferior a la de la llum.
R7.-És certa la c). El llampec i el tro es produeixen al mateix temps, però la llum es propaga gairebé un milió de vegades més ràpid. Per això, de manera aproximada, es diu que la llum del llampec ens arriba instantàniament. Com que el so es desplaça a 340 m/s, cada de segon recorre 340 m i per tant, cada 3 segons que passa entre el llampec i el tro significa aproximadament un quilòmetre de distància entre el lloc on s'ha produït la descàrrega i nosaltres.
P8.-Els dies de boira, la llum dels fanals dels cotxes ressalta encara més la boira i arriba a dificultar la visió en lloc d'afavorir-la. A què és degut? R8.-La llum es dispersa en les partícules d'aigua de la boira, destacant-les d'una banda i rebotant en part de nou cap al cotxe, i enlluernant.
P9.-En un ull miop la imatge es forma abans de la retina. Digueu si són certes les següents asseveracions: a)-L'ull fa convergir massa els raigs de llum.
b)-A la retina no li arriba la imatge.
c)-El defecte s'ha de corregir amb una lent divergent.
R9.-Són certes la a) i la c). L'ull fa convergir massa els raigs de llum i per això la imatge -37 nítida es forma abans de la retina, però els raigs segueixen el seu camí fins a la retina on donaran una imatge borrosa (com una càmera desenfocada). Per corregir l'excés de convergència s'ha d'utilitzar una lent divergent.
GLOSSARI Amplitud: Màxima dimensió (separació del punt d'equilibri) d'una oscil·lació.
Àtom: Partícula elemental d'un element químic, constituïda per un nucli de protons i neutrons i una cortesa d'electrons.
Buit: Espai que no està ocupat per res material, ni tan sols aire. Normalment un buit és relatiu, que vol dir que hi ha una mica de matèria en estat gasos.
Camp de forces, camp: Tota la zona de l'espai on es fa notar un tipus de força a distància. Segons el tipus de força, hi ha camps gravitatoris, elèctrics, magnètics i electromagnètics.
Efecte Doppler: Consisteix en que quan l'emissor d'una ona es mou, la longitud d'ona que veu un observador parat sembla més petita si l'emissor se li acosta i més gran si l'emissor se li allunya. La variació de freqüència és al revés.
Elàstic, elasticitat: Que té la capacitat de recuperar la forma quan cessen les forces que el deformen. L'Elasticitat és la qualitat de ser elàstic.
Electró: Partícula subatòmica negativa que forma part de la cortesa de l'àtom. La seva càrrega és la unitat elemental de càrrega negativa.
Energia. Magnitud física mesurable i que al llarg d'un procés físic es conserva, tot i que pot canviar de forma o ser transferida. Al llarg d'un procés real l'energia es degrada en més o menys grau.
Freqüència: És el nombre de revolucions o d'oscil·lacions completes d'un moviment -38 periòdic per unitat de temps. És la magnitud inversa del període.
Harmònic: Cadascuna de les ones estacionàries de freqüència múltiple de la freqüència fonamental.
Hertz, Hz: Unitat de freqüència que resulta quan el període es mesura en segons: 1Hz=1/1s.
Lent divergent: Que fa divergir (separar) els raigs que hi arriben paral·lels.
Lent convergent: Que fa convergir (reunir) els raigs que hi arriben paral·lels.
Longitud d'ona: Distància entre dos punts consecutius d'una ona que oscil·len a l'uníson. Distància entre dues crestes o valls consecutives.
Molècula: Agrupació d'àtoms que constitueix la unitat elemental d'una substància pura.
Ona mecànica: Ona en que es propaga una vibració material a través de la matèria.
Ona fonamental: Ona estacionària més gran i de freqüència més baixa que s'encabeix en un cos o columna d'aire. La seva freqüència és la fonamental o de ressonància.
Ona electromagnètica, radiació electromagnètica: Oscil·lació d'un camp magnètic i elèctric perpendiculars que s'indueixen mútuament i que es propaga en el buit en forma d'ona a la velocitat de 300.000.000 m/s.
Ona estacionària: Qualsevol de les ones estables que s'encabeixen en un espai determinat.
Ona: És un fenomen de propagació d'una pertorbació. En una ona es transporta energia sense transportar matèria.
Oscil·lació, vibració: Moviment repetitiu i alternatiu a banda i banda d'una posició d'equilibri. S'anomena oscil·lació completa una anada i tornada senceres a banda i banda de la posició d'equilibri.
Període: D'un moviment periòdic és el temps que es triga en fer una revolució o -39 oscil·lació completa. La seva inversa és la freqüència.
Punt emissor, focus: D'una ona és el punt on es produeix la pertorbació que es propaga.
Rapidesa:(v) És la velocitat no vectorial, que expressa la distància recorreguda per unitat de temps: v=d/t.
Reflexió: Rebot d'una ona, cap al mitjà d'on ve, en incidir en una superfície que separa dos mitjans.
Refracció: Desviació en la direcció de propagació d'una ona quan travessa la superfície de separació de dos mitjans diferents.
Temperatura: Variable indicativa de l'estat de la matèria i del seu nivell d'energia calorífica. Es mesura amb termòmetres.
Velocitat de la llum: Velocitat o rapidesa a la que es propaga l’ona electromagnètica de llum. En el buit el seu valor és de 300.000.000 m/s -40 ...