Informazioni su questo esperimento
Quando due oscillatori colpiscono contemporaneamente l’acqua di una vaschetta per onde, le loro onde circolari si sovrappongono. Quando una cresta incontra un’altra cresta, l’acqua si muove intensamente; quando una cresta incontra un ventre, l’acqua rimane quasi ferma. Il risultato è un disegno stabile di linee calme che si irradiano dallo spazio tra le sorgenti. Modifica la distanza tra le sorgenti e la lunghezza d’onda, fai oscillare una sorgente in opposizione di fase e trascina la sonda per misurare la differenza di cammino che determina cosa accade in ogni punto.
Obiettivi di apprendimento
- Enuncia il principio di sovrapposizione per due onde che si sovrappongono.
- Spiega l’interferenza costruttiva e distruttiva in termini di differenza di cammino.
- Prevedi come il numero e la distanza tra le linee nodali dipendano dalla lunghezza d’onda e dalla distanza tra le sorgenti.
- Spiega perché sono necessarie sorgenti coerenti per ottenere un disegno di interferenza stabile.
- Metti in relazione il disegno della vaschetta per onde con l’interferenza a doppia fenditura della luce e del suono.
Come si usa
- 1Osserva le increspature con le impostazioni predefinite. Individua le linee calme in cui l’acqua si muove appena.
- 2Trascina la sonda su una linea con poco movimento e leggi la differenza di cammino. Ripeti su una linea con movimento intenso. Cosa noti nei numeri?
- 3Attiva «Mostra linee nodali» e confrontale con il pattern. Poi passa a «Intensità media».
- 4Aumenta la distanza tra le sorgenti. Come cambia il numero di linee nodali? Verificalo con 2d/λ.
- 5Aumenta la lunghezza d’onda. Le linee si allontanano o si avvicinano?
- 6Imposta le sorgenti in modo che vibrino in opposizione di fase. Cosa succede lungo la linea centrale tra loro?
Il modello
Ipotesi
- Le due sorgenti hanno la stessa frequenza, la stessa intensità e una differenza di fase fissa (sorgenti coerenti).
- Ogni onda circolare si attenua in proporzione all'inverso della radice quadrata della distanza, come le increspature che si propagano su una superficie. L'acqua non presenta attrito e la vasca non ha pareti, quindi non ci sono riflessioni.
- Per l'animazione, la velocità delle onde è fissata a 20 cm/s. Il disegno dipende solo dalla lunghezza d'onda e dalla distanza tra le sorgenti.
- La differenza di cammino è espressa in lunghezze d'onda. L'interferenza è considerata costruttiva quando differisce di meno di 0,08 da un numero intero e distruttiva quando differisce di meno di 0,08 da un numero semintero.
Provalo in classe
- Q1Perché la linea centrale è sempre una linea di moto intenso quando le sorgenti vibrano in fase?
- Q2Due altoparlanti riproducono la stessa nota. Perché in alcuni punti di una stanza il suono è più debole che in altri?
- Q3Quante linee nodali ti aspetteresti con due sorgenti distanti 10 cm e una lunghezza d'onda di 2 cm?
- Q4Perché due torce separate non producono un disegno di interferenza visibile su una parete?
- Q5Le cuffie con cancellazione del rumore sfruttano l'interferenza distruttiva. Che cosa devono produrre le cuffie?
Domande frequenti
L'energia scompare in corrispondenza di una linea nodale?
No. L’energia non viene distrutta, ma ridistribuita. Lungo le linee nodali arriva meno energia e lungo le linee di interferenza costruttiva ne arriva di più, quindi l’energia totale è la stessa che in assenza di interferenza.
Qual è la differenza tra una linea nodale qui e un nodo su una corda?
In entrambi i casi si tratta di punti in cui due onde si annullano sempre. Su una corda, le due onde viaggiano in direzioni opposte e formano un’onda stazionaria. In una vasca di ripple, le onde provengono da due sorgenti e i punti in cui l’acqua è calma formano curve chiamate iperboli.
Che relazione c’è con l’esperimento della doppia fenditura?
Ogni fenditura agisce come una delle due sorgenti. Le frange chiare e scure sullo schermo si trovano dove le linee di interferenza costruttiva e distruttiva incontrano lo schermo, e vale la stessa condizione d sin θ = mλ.