SUONOSUONO
9In che mo(n)do viviamo
non si vede ma si sente
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Via del Tecchione 36,20098 Sesto Ulterianowww.piccolacasaeditrice.it
Direttore editoriale: Davide CestariCoordinamento editoriale:Lorenzo MurnigottiIllustrazioni: Anna FormaggioSegreteria organizzativa: Angela Parnisari
Finito di stampare:settembre 2013 presso Arti Grafiche FiorinVia del Tecchione 36,20098 Sesto Ulteriano
Stampato con inchiostri ecologiciadatti ai bambini.
Largo 10 luglio 1976, 120822 Seveso (MB) tel. +3902806161.1fax [email protected] - www.flanet.org
Responsabili di progettoe coordinamento:G. Matteo Crovetto e Riccardo Falco
Testi di: Giovanni ZambonFoto di: Tania Feltrin
Consiglio di Amministrazionedella Fondazione Lombardiaper l’Ambiente
Presidente: Paolo ColombaniVicepresidente:Marcela Adriana Mc LeanPresidente del Comitatoscientifico: Marcello FontanesiConsiglieri: Maurizio Arena, GiovanniAzzone, Nicola Francesco Belizzi, GiovanniBottari, Marcello Fontanesi, Marcela Adria-na Mc Lean, Oronzo Raho, Angiolino Stella,Gianluca Gaetano Vago, Roberto Zoboli,Sindaco pro-tempore del Comunedi Seveso.Direttore: Fabrizio PiccaroloCoordinatore scientifico:Antonio Ballarin Denti
Con il patrocinio di
Carissimibambini,
proteggerel’ambientenaturale percostruire unmondo di pace
è dovere di ognipersona, ma per proteggere unacosa bisogna conoscerla. È perquesto motivo che è nata lacollana “Meravigliosambiente”,un viaggio, o meglioun’avventura, alla scopertadell’ambiente che ci circonda,per scoprirne la bellezza e laricchezza, spesso date perscontate.
Ad accompagnarci ci saràAviel, un simpatico uccellinoche, grazie alle informazioniraccolte da molti esperti chehanno studiato la nostra terrada cima a fondo, ci introdurràall’interno dei vari aspettidell’ambiente che ci circonda.
Buon lavoroa tutti!
Il Presidente,Paolo Colombani
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Cari amici, daquando ci alziamo aquando andiamo aletto, le nostreorecchie sentono voci erumori...alcuni piacevoli,
altri meno. Voi direte “è normale!” Ed è vero…ma attenzione perché dietro a questosemplice fatto, si cela un misterioso eaffascinante fenomeno: il suono e io non vedol’ora di parlarvene!Affronteremo argomenti un po’ difficili come la vibrazione, lapropagazione, le onde sonore, la perturbazione dell’aria…ma iosono sicuro che con un po’ di aiuto, con tanti esperimenti edivertenti giochi non solo capirete tutto, ma ne rimarreteaffascinati come è capitato a me!Sapete che il mio argomentopreferito sono lesorgenti sonore?Si, perché ognisuono, amici, ancheil più lieve, èprodotto daqualcosa, nulla èlasciato al caso, manon è fantastico?Allora…siete pronti?Orecchie aperte!Inizia il viaggio…
Ciao!
1
Aviel
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2
9 -Suono
Quando siamo in presenza di un suonoc’è sempre qualcosa che lo produce(sorgente sonora).
È possibile fare un sempliceesperimento: un righello appoggiato
sul bordo di un tavolo, se sollecitato,produce un suono tipico. Si può anche
notare come al variare della lunghezzasporgente del righello varia il suono.
Per descrivere il fenomeno sonoro questo perònon basta: è necessario che la vibrazione
generata dalla sorgente venga trasmessa al nostroorecchio, attraverso un mezzo di trasporto,generalmente l’aria.
iiiiiiiiiii
il suono è lasensazione originata
dalle vibrazionigenerate da un corpoeccitato, trasmesse
attraverso l’aria, cheraggiungono le nostre
orecchie.
Metti una mano sulla gola e pronuncia la vocale ‘i’ alungo; senti una vibrazione? Le tue corde vocalivibrano, spostano un po’ di aria che forma una spe-cie di onda. È un’onda che viaggia fino al tuo orec-chio che sente il suono. La stessa cosa succede conuna corda della chitarra, con un elastico ben teso,ma anche con il motore dell’automobile o il battitodelle mani... o delle ali!!
plinplin
clapclap
flapflap
Che cos’è il suono?
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3
Il suono si propaga sotto forma di onde, unpo’ come avviene quando si lancia un sassoin uno stagno: le onde “trasportano” laperturbazione originata dall’impatto delsassolino con l’acqua.
Nell’acqua le onde si vedono,nell’aria no perché l’aria è troppotrasparente.
Contrariamente a quanto si possaimmaginare, nella propagazione delsuono non vi è trasporto di materia:le molecole dell’aria non si spostanodalla sorgente alle orecchie, maoscillano attorno alla posizione cheavevano prima di essere perturbate.Quello che giunge all’orecchio èproprio questa perturbazione.La vibrazione di un oggetto muove(comprime) l’aria che gli sta vicino e questa a sua volta muove(comprime) quella vicina e così via. La compressione (perturbazione)si propaga attraverso l’aria e giunge all’orecchio.
Come si propaga il suono?
In questo esperimento riportato in unodei primi testi di acustica (1960) èpossibile vedere, grazie ad uno specialeilluminamento, la perturbazione dell’ariacausata delle onde acustiche.
Che cos’è il suono?
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propagazione dell’onda
oscillazione su/giù
Il suono oltre chenell’aria si propaga anchenei solidi e nei liquidi;l’importante è che ci siadella materia chepermetta la trasmissionedelle perturbazioniiniziali.
i suoni quindi sidiffondono nello
spazio sotto formadi onde sonore,proprio comela luce (onde
luminose)
9 -Suono
Il suono per propagarsi haquindi bisogno dell’aria!Infatti fuori dall’atmosferaterrestre non esistono suoni!In questa immagine è bendistinguibile lo stratodell’atmosfera terrestre e sene possono intuire ledimensioni.
Terra
Atmosfera
I cetacei, come questa balenottera,comunicano e cacciano grazie ai suoniche producono e sentono nell’acqua.
faaa
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oscillazione su/giù
Per esempio attraversa lepareti di un appartamento.Ecco un esperimento da farein classe: provate a dare deicolpetti al termosifone edire ai compagni della classea fianco di appoggiare leorecchie sul termosifonedella loro aula: li sentirannochiaramente!
Anche con questo gioco, che forse avrete fatto qualche volta,potete rendervi conto che le onde sonore si muovono negli oggetti.
Sul fondo di ogni bicchiere fai un buchino: infila unestremo dello spago in ciascun buco e fai un nodo.
Prendi un bicchiere e dai l’altroa un amico. Allontanatevi affinché lospago sia ben teso.
Ora uno di voi due parla nel bicchierea bassa voce e l’altro ascolta.
La voce si sente perché le ondesonore si propagano attraverso il filo!
Il suono viaggia nei materia
li solidi
� 2 bicchieridi plastica rigida
� 6 m di spago� forbici
occorre:
1
2
3
4
ciao ciao
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9 -Suono
La velocità del suono
La velocità del suono nell’aria è di 330 metri al secondo (m/s).Confrontata con la velocità dell’uomo (l’uomo più veloce viaggia a 10metri al secondo) con quella di un automobile (le auto di formula 1
viaggiano al massimo a 100 metri alsecondo) o con quella di una aereotransoceanico (250 metri alsecondo), la velocità del suonosembra molto alta; confrontata conquella della luce è invecebassissima. La velocità della luce èinfatti pari a 300.000 chilometri alsecondo (km/s) cioè a 300.000.000metri al secondo (m/s).
La velocità del suono qualche tempo fa sembrava segnare un confineinsuperabile per l’uomo; fu solo nel 1947 che Yeager, con un aereoche oggi risulterebbe del tutto inadatto, superò la velocità delsuono.
Ecco l’areo con cui Yeager superò per primo la barriera (o muro) delsuono. Oggi è normale per molti aerei da guerra viaggiare a velocitàsuperiori a quelle del suono (regime supersonico Mach=1): in alcunicasi riescono a superare anche di 5 volte la velocità del suono(regime ipersonico Mach = 5).
BOM!
peeeee
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La velocità del suono
Due fenomeni a noifamigliari ci fanno capireche il suono ha una suavelocità e che questa èmolto più piccola di quelladella luce: il tempo chetrascorre tra un lampo eun tuono e il ritardo chec’è tra la luce dei fuochidi artificio e icorrispondenti scoppi.
Dalla misura del tempo che intercorre tra il lampoe il tuono è possibile capire a che distanza si trova iltemporale: se passano 3 secondi, ad esempio, vuol direche il temporale è a circa 1 Km. Allo stesso modo èpossibile capire a che altezza avviene lo scoppio di unfuoco d’artificio.
Nei liquidi il suono si propaga molto bene e la sua velocità (circa 1.500m/s), è superiore a quella nell’aria; per questo le balene e i capodogliriescono a comunicare e ad “organizzare i loro incontri” con una certafacilità. Nei solidi la velocità del suono è ancora superiore (nei metalli è dicirca 5.000 m/s). Questo è il motivo per il quale gli indiani riuscivano apercepire con buon anticipo l’arrivo del treno ascoltando il rumore chearrivava dai binari, oppure l’arrivo dei nemici ascoltando lo scalpitio deicavalli con l’orecchio appoggiato sul terreno.
Il suono nei liquidi e nei solidi
CRACK! pimpumpam
pumpum
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Quello che noi vediamo del nostroapparato uditivo (le orecchie) èsolo una parte del complessosistema che ci permette di udire i suoni. L’orecchio infatti è compostoda tre parti: orecchio esterno, orecchio medio e orecchio interno.
L’orecchio esterno è costituito essenzialmente dal padiglioneauricolare, che ha lo scopo di raccogliere meglio le vibrazioniacustiche e dal timpano, una membrana molto sottile e sensibile cheviene fatta vibrare dalle perturbazioni dell’aria.Il timpano trasmette le vibrazioni agli ossicini (martello, incudine e
staffa) che costituiscono l’orecchio medio.Gli ossicini trasmettono,
amplificandole,le vibrazioni alla coclea.
La finestra ovale segna ilconfine con l’orecchiointerno nel quale vi è lacoclea, che ha il compitodi interpretare il segnaleacustico e i nervi uditiviche trasmettono il segnale
al cervello e checostituiscono l’ultima parte
dell’orecchio interno.
8
9 -Suono
Con le orecchie!
Come facciamo a sentire i s
uoni?
la staffaè l’osso più
piccolopresente nelcorpo umano
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l’apparato uditivo
orecchioesterno
orecchiomedio
orecchiointerno
canaleuditivo
padiglioneauricolare
coclea
nervi uditivi
finestraovale
tromba dieustachio
canalisemicircolari
membranatimpanica
ossicini
Come facciamo a sentire i s
uoni?
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9 -Suono
Le caratteristiche del suo
no
Immaginiamo di essere fermi in un punto: la frequenza di un’ondacorrisponde al numero di lunghezze d’onda che attraversano quelpunto in un secondo e si misura in Hertz (Hz). Quante più lunghezzed’onda “passano” nell’unità di tempo, tanto più la frequenza è alta eviceversa.L’orecchio umano può percepire suoni con frequenze che vanno da unminimo di 20 Hz a un massimo di 20.000 Hz. I suoni che hannofrequenze al di fuori di questo intervallo, pur esistendo, non vengonouditi dall’uomo: sono gli infrasuoni e gli ultrasuoni.I suoni corrispondenti alle basse frequenze sono chiamati gravi o,nel campo della musica, bassi. I suoni con frequenze alte sonochiamati acuti.
Il nostro apparato uditivo riesce a percepire suoni diversi grazie adue caratteristiche dell’onda sonora:
A queste due caratteristiche dell’onda sonora (delle onde in generalein realtà!) sono infatti legate la frequenza o “altezza” del suono e ilsuo livello o “volume”.
2. l’ampiezza,ovvero l’altezzadella “gobba”.
1 . la lunghezzad’onda, cioè ladistanza tra due“gobbe” dell’ondasonora.
lunghezza d’onda (λ)
1 - La frequenza
ampiezza (Y)
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Come abbiamo detto l’orecchio umano non è in gradodi percepire tutti i suoni, vi sono invece animali chesono in grado di percepire suoni anche corrispondentia frequenze molto maggiori di 20.000 Hz(ultrasuoni).
I cani sono in grado di percepire frequenze fino a40.000 Hz.
I pipistrelli sono in grado di percepire frequenzefino a 100.000 Hz.
11
Le caratteristiche del suo
noi miei piccoli
quando hanno famefanno un versoacuto! E il tuofratellino osorellina?
suoni gravi (bassi):
bombom
plinplin
Prova a scrivere alcuni suoni chesono tipicamente gravi o acuti!
contrabbasso
sirena della nave
motore del camion
____________________
____________________
____________________
____________________
ottavino
fischietto dell’arbitro
pentola a pressione
____________________
____________________
____________________
____________________
suoni acuti (alti)
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9 -Suono
Il livello di un’ondaacustica èdirettamente collegatoalla sua ampiezza (y):più è grande il valoredell’ampiezza (cioè piùun’onda è alta),maggiore è il livello o“volume” percepito.
Il livello sonoro simisura in decibel (dB).A fianco ci sono alcuniesempi di livelli sonoriespressi in decibel.
2 - Il livello ampiezza (Y)
ciiiiip
AEROPLANO
AL DECOLLO
TRAFFICO
CITTADINO
CHIACCHIERATA
A VOCE ALTA
BRUSIO
IN BIBLIOTECA
SILENZIO IN
CASA DI NOTTERUMORI
DEL BOSCO
VOCE TV
RUMORI IN
UFFICIO
RUMORI IN
FABBRICA
MARTELLO
PNEUMATICO
PETARDI E
FUOCHI
D’ARTIFICIO
CONCERTO ROCK
Il “decibel” prende il nome daAlexander Graham Bell, loscienziato canadese di originiscozzesi che brevettò iltelefono e inventò, tra le altrecose, il citofono e il telegrafo.
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trrrr
drrrr
ssssch
wow
peeeieeee
weeeeeeeeeeooooo
o
100 decibel 90 decibel
80 decibel 60 decibel
PETARDI E
FUOCHI
D’ARTIFICIO
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9 -Suono
Come si misura il suono?
firuli’
frush
frush
cipciiip
booooo
p!
ziiin-ziiiiin
fa la laaa
a
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La prima parte del microfono è una membrana metallica sensibilissima
(diaframma) che segue le perturbazioni dell’aria provocate dal suono
esattamente come la membrana timpanica.
Ad ogni movimento della membrana microfonica viene generata una
piccolissima scossa elettrica che viene poi amplificata dal
preamplificatore.
La funzione del preamplificatore è la stessa di quella degli ossicini
dell’orecchio medio.
Al preamplificatore è collegato lo strumento di misura (fonometro)
che elabora i segnali, calcola l’intensità e la frequenza. Un po’ quello
che fanno la coclea e il cervello dopo che hanno ricevuto il segnale dai
nervi uditivi.
Per misurare il suono l’uomo ha inventato uno strumento che “copia”
l’orecchio umano: il microfono è l’insieme dell’orecchio esterno e di
quello medio.
Come si misura il suono?
Microfono e fonometro
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9 -Suono
L’inquinamento acustico
du-duu
uwr
ooom
biiip
roar
Quando il livello di rumore a cui unapersona è sottoposta raggiunge valoritroppo elevati o l’esposizioneal rumore è prolungata,ci sono numeroseripercussionisull’organismo.
Studi scientifici sullapotenza dei rumori e deisuoni ci dicono che i rumoripiù forti come gli aerei infase di decollo, i motorinicon la marmitta bucata, lastrada a traffico intensopossono provocare disturbial sistema uditivo, allostomaco, al sistemarespiratorio e anche alcuore!
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L’inquinamento acustico
Per tutelare la salute dell’uomo sono state emanate numerose norme.In Italia in particolare esiste una legge che obbliga tutti i comuni asuddividere, secondo precisi criteri, il proprio territorio in classiacustiche all’interno delle quali esistono specifici limiti.Le classi a cui ogni punto del territorio può appartenere sono sei evanno dalla I, che è quella che richiede ilivelli più bassi (si riferisce a scuole,ospedali e parchi) alla VI, cheriguarda aree esclusivamenteindustriali.
booooo
p!pot pot
wooomdu-
duuu
biiip
roar
Per esempio, per gli edificiappartenenti alla classe acusticaIII, quelli cioè all’interno delle areegialle, i livelli di rumore massimiconsentiti durante il periodo diurnosono pari a 60 dB(A).
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9 -Suono
Esperimenti sonori
1
2
3
� scatola di latta(tipo quella dei biscotti)
� carte colorate� colla� forbici� nastro adesivo
colorato o trasparente� 1 palloncino grande
occorre:Lava e asciugabene la scatola.Il coperchio nonserve.
Decora la scatola come vuoiricoprendola con la cartacolorata. Taglia il collo delpalloncino.
Tendilo sopra l’apertura della scatola e fissalocon un paio di giri di nastro adesivo. Ora puoisuonarlo con una bacchetta o con le mani!
costruisci uno strumento a
percussione
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Esperimenti sonori
Attacca ilcerchio su unaapertura deltubo con quattropezzetti dinastro adesivo.
Ricopri l’altraapertura con lacarta da fornoe fissala conl’elastico.
Accendi la candela eappoggiala sul tavolo.Avvicina il rotolo con ilbuchino vicino allafiamma.
Disegna sul cartoncinoun cerchio seguendo lacirconferenza del tubo.Ritaglia il cerchio e faiun buco con la puntadella matita.
Batti forte con le dita sulcartone. Vedrai che lafiamma della candelaondeggia (e a volte sispegne) perché investitadalle onde sonore cheescono dal buco.
Le onde sonore non si
vedono ma ci sono!
Può succedere che suoni
forti siano in grado di spostare gli oggetti; ad
esempio, un rumore molto forte può causare il
distacco di neve e ghiaccio provocando una
valanga. Se fai l’esperimento che segue avrai la
certezza dell’esistenza delle onde sonore!
1 2 3
4
5
� 1 candela� 1 cilindro di cartone� cartoncino� carta da forno� un elastico� fiammiferi o accendino� nastro adesivo� forbici
occorre:
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9 - Suono
Alcune proprietà delle o
nde sonore
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Fra le tante proprietà del suono ve n’è una di cui tutti facciamoesperienza e che ha numerosi applicazioni in diversi campiscientifici: si tratta della riflessione.
Quando un suono incontra unasuperficie, una sua parte vieneriflessa con un angolo uguale aquello incidente. Esattamente come quando la luceincontra uno specchio o unasuperficie che riflette!
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Alcune proprietà delle o
nde sonore
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L’esempio più noto è l’eco. Se la superficie che riflette l’ondaacustica è sufficientemente lontana si ha l’eco: il suono cheemettiamo rimbalza sul muro o sul monte che abbiamo di frontee torna alle nostre orecchie, che lo percepiscono come se fossestato prodotto da un'altra sorgente.
Prova a cantare con la testa sull’apertura di un un secchio: cosasuccede? La tua voce cambia timbro e sembra amplificataperché si riflette sulla parete interna del secchio e una partetorna al tuo orecchio.
AO-ao-a
o
CIAO!!
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9 -Suono
Vi sono numerosissime applicazionidi questa proprietà del suono.Come abbiamo visto nelle pagineprecedenti molti animali lasfruttano per evitare gli ostacoli,catturare le prede o percomunicare. Anche l’uomo haimparato a utilizzarla!
Ecografia
cavodellasonda
sonda
saccogestazionale
Con l’ecografia il medico può far vedere alla mamma il bambino che ènella pancia usando gli ultrasuoni! Un’apposita apparecchiaturaemette gli ultrasuoni a contatto del “pancione”; questi vengonoriflessi in modo diverso a seconda del tessuto che incontrano e l’ecodi ritorno viene trasformato in segnale luminoso (una specie diimmagine) su un apposito monitor.
pelle
muscoli
bambino
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Sonar
Con questo strumento le navi e isommergibili possono capire come èfatto il fondale marino e individuareeventuali ostacoli: animali marini, naviaffondate, asperità del fondale, altreimbarcazioni…Il sonar emette un suono (ilcaratteristico "ping" di tanti film) e“attende” l'eco di ritorno: in base altempo trascorso, determina la direzionedi provenienza e la distanza dell'oggettoche ha riflesso le onde sonore.
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9 -Suono
Luoghi da visitare
Se vuoi sperimentare alcune delle caratteristiche e dei fenomenilegati al suono, puoi farlo visitando “La stanza del suono”, unlaboratorio installato presso il Centro Studi e Ricerche diFondazione Lombardia per l’Ambiente a Seveso. Qui potrai vedere,sentire, capire ed entrare nel magico mondo… dell’acustica!
La prima parte dell’esperienza permetterà di verificare la naturaondulatoria del suono con l’aiuto di un semplice sistema diamplificazione: occhio la volume!!!
Nella seconda parte, si passa in uncorridoio appositamente realizzatocon materiale fonoassorbente: qui ilrumore, le parole, le canzoni e anchele grida risulteranno ovattati.
La sperimentazione si concludesvelando la natura geometrica delsuono: grazie a speciali specchiacustici sarà possibile percepiresuoni molto deboli generati adistanze anche molto elevate e sipotrà creare il fenomeno dell’eco.
La stanza del suono
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La stanza del suono si trova a Seveso (MB),presso il Centro Studi e Ricerche della FLA,in Largo 10 luglio 1976,1 (ex piazza XXV aprile).
Per informazioni telefonareal numero 028061611 dal lunedì al venerdì.
Luoghi da visitare
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