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LAB2GO Scienza

Acustica: misurazione della velocità del suono con Phyphox

Descrizione

Ciò che è generalmente conosciuto come suono è determinato da oscillazioni meccaniche. I movimenti vibratori provenienti da un oggetto, noto come sorgente del suono, vengono trasmessi alle particelle circostanti meccanicamente. Ciò provoca l'oscillazione delle particelle, che trasmettono a loro volta il movimento alle altre particelle.
Questo processo determina la propagazione del suono nell'ambiente circostante come un'onda longitudinale (le oscillazioni avvengono lungo la direzione di propagazione). Dato che è necessaria la presenza di un mezzo, il suono non si propaga nel vuoto e la velocità di propagazione dipende dal mezzo in cui si trova la sorgente.
L'origine meccanica del suono fa sì che in aria, essendo le particelle ben separate tra loro, il trasferimento delle oscillazioni acustiche sia più lento rispetto ad un liquido o ad un solido. Per tale motivo la velocità del suono in aria è inferiore rispetto a quella in acqua, ad esempio.
Un'altra grandezza che influenza la velocità del suono è la temperatura: ad alta temperatura le collisioni tra le particelle diventano più probabili e la propagazione del suono più efficiente. Per tale motivo all'aumentare della temperatura dell'ambiente la velocità del suono aumenta.

A livello operativo, è possibile misurare la velocità del suono $v$ conoscendo la distanza $d$ del ricevitore dalla sorgente del suono e misurando il tempo $\Delta t$ trascorso tra l'emissione e la ricezione del suono.
Per questa esperienza, in particolare, utilizzeremo l'applicazione per smartphone Phyphox come strumento di misurazione di tale intervallo di tempo.

Strumenti

Strumenti necessari Descrizione
Due smartphone aventi Phyphox installato Uno utilizzato vicino alla sorgente del suono, l'altro come ricevitore
Metro Per la misurazione della distanza tra sorgente e ricevitore
Termometro per ambienti Per la misurazione della temperatura
Phyphox AndroidiOS

Realizzazione

La descrizione fa riferimento all'utilizzo dell'applicazione Phyphox, ma è possibile utilizzare una qualsiasi altra applicazione che utilizzi l'intensità sonora misurata dallo smartphone per far partire/fermare un cronometro. Per una migliore riuscita, l'esperimento deve essere condotto da due persone.

  1. Procurarsi due smartphone aventi Phyphox installato;
  2. Scegliere e misurare la distanza alla quale porre i due smartphone;
  3. I due sperimentatori si posizionino in corrispondenza dei due smartphone; due sorgenti acustiche in corrispondenza dei due smartphone (ad esempio è possibile svolgere l'esperimento in coppia battendo le mani per far partire/fermare il cronometro acustico);
  1. Avviare l'applicazione Phyphox sui due smartphone;
  2. Nel menù dell'applicazione selezionare la funzione “Acoustic Stopwatch”;
  3. Impostare il valore “Threshold” (che rappresenta l'intensità del suono necessaria a far partire e fermare il cronometro) come meglio si ritiene, a seconda del rumore di fondo dell'ambiente;
  4. Premere il pulsante di avvio della misura sui due smartphone (si raccomanda l'assoluto silenzio da questo punto fino alla fine della misura);
  5. Il primo sperimentatore batte le mani, producendo un suono che fa partire il cronometro al tempo $t_1^i$ sullo smartphone 1 e ad un tempo $t_2^i$ sullo smartphone 2;
  6. Il secondo sperimentatore batte le mani, producendo un suono che ferma il cronometro al tempo $t_2^f$ sullo smartphone 2 e ad un tempo $t_1^f$ sullo smartphone 1;
  1. Conoscendo la distanza $d$, ricaviamo il valore di $v$ dalla formula $(t_1^f - t_1^i) - (t_2^f-t_2^i) = \frac{2d}{v}$ con la formula inversa;
  2. Ripetere la misura per varie distanze $d$.
  3. Ripetere la misura in un ambiente con una temperatura differente e verificare la variazione della velocità del suono.

Sitografia

Link Descrizione
Il suono e la misura della sua velocità in aria - 04/02/2021 Incontro LAB2GO: Il suono
Esperimento con il cellulare - La velocità del suono Video dimostrativo (con sottotitoli in italiano)
fisica/esperimenti_a_casa/acustica_velocita_suono_phyphox.txt · Ultima modifica: 2021/02/23 13:49 da emanuele.fondi