Hola All!
Visto che si e' scatenata l' ennesima diatriba sul forum circa la possibilita'
di misurazione strumentale dei fenomeni acustici, vengo subito a
punzecchiarvi sulla questione vibrazioni e loro relativa misurazione.
Questa volta vado giu' sul pesante, e ve ne accorgerete se tenterete di
realizzare il semplice ma SENSIBILISSIMO sistema di misura che vado a
proporvi.
Il sistema di misura si chiama INTERFEROMETRO DI MICHELSON, forse
qualcuno ne avra' gia' sentito parlare e si sara' fatto l' idea di un apparato
costosissimo e totalmente irrealizzabile in casa..... ERRORE!
L' interferometro di michelson si puo' autocostruire in pochi minuti usando
materiali che probabilmente abbiamo gia' in casa ( e se NON li abbiamo
li possiamo trovare facilmente una decina di euro complessivi )
Ma iniziamo con un minimo di teoria:
prendiamo due lampadine identiche ed affianchiamole, ora accendiamone
una e valutiamo l' intensita' lumunosa emessa.
Adesso accendiamo anche la seconda lampadina, l' intensita' luminosa
risultante sara' raddoppiata....
Facciamo la stessa cosa con due altoparlanti, alimentiamo uno con un
rumore bianco ed otteniamo una certa pressione acustica in uscita.
se alimentiamo anche l' altro altoparlante otterremo un raddoppio della
pressione sonora in scala lineare (+3dB per i tecnofili! )
fin qui' tutto regolare.... si, ma c'e' il trucco.....
ora al sistema di altoparlanti scolleghiamo il rumore bianco e andiamo
ad immettere un segnale sinusoidale ad uno solo degli altoparlanti.
cosa succede se andiamo ad alimentare l' altro altoparlante con un
altro generatore di segnali sinusoidale avente esattamente la stessa
frequenza del primo????
a prima vista qualcuno potrebbe dire che anche in questo caso andiamo
a raddoppiare la pressione acustica, ma in realta' c'e' un altro fattore di
cui tenere conto, LA FASE del secondo segnale rispetto al primo.
Se le fasi sono identiche tra di loro otteniamo effettivamente un raddoppio
della pressione acustica, ma se le due fasi sono opposte otteniamo in
via teorica un bel SILENZIO, in mezzo a questi due estremi esiste tutta
una infinita' di livelli di pressione acustica corrispondente a tutta la
possibile gamma di rotazione di fase di un segnale rispetto all' altro.
ma c'e' anche un altro dettaglio di cui tenere conto, LA VELOCITA' DI
PROPAGAZIONE dell' onda sonora nello spazio.
se alimentiamo i due altoparlanti con lo stesso identico segnale e ci
poniamo ad ascoltare ad una distanza molto maggiore rispetto alla
lunghezza d' onda della sinusoide e facciamo spostare un altoparlante
avanti ed indietro da un altra persona scopriamo che la pressione acustica
che percepiamo sale e scende in base alla posizione dei due altoparlanti,
piu' in dettaglio, se la distanza tra i due altoparlanti sara' uguale a mezza
lunghezza d' onda (o multipli dispari di questa lunghezza) il suono
percepito risultera' molto attenuato, se invece la distanza tra gli
altoparlanti e' pari a zero o ad un multiplo intero della lunghezza d' onda
(che equivale a dire un multiplo pari della mezza lunghezza d' onda) allora si percepira' un suono forte.
tutte le distanze intermedie tra ciascun multiplo dispari della mezza lunghezza d' onda e ciascun multiplo pari corrisponderanno a livelli
di pressione acustica intermedi via via calanti e poi nuovamente crescenti.
NB: ho precisato che dobbiamo metterci ad ascoltare ad una distanza
molto maggiore rispetto alla lunghezza d'onda per evitare che la
differenza di attenuazione di percorso tra un altoparlante e l' altro
dovuta alla distanza differente sfalsi l' esperimento.
Ebbene.... la stessa cosa succede pari pari anche con la luce.
se prendiamo due luci assolutamente monocromatiche e coerenti (in
una parola LASER) aventi la stessa frequenza (lunghezza d' onda) e
medesima intensita' e proviamo a sommarle tra di loro otterremmo in
uscita una qualunque intensita' di luce compresa tra zero (BUIO!!!) e
il doppio dell' intensita' di un singolo fascio laser dipendentemente dalla
fase di un fascio laser rispetto all' altro.
Ok, ma come fare per variare la fase di un fascio laser rispetto all' altro?
semplice, basta spostare avanti o indietro lo specchietto che riflette uno
dei due fasci per ritardarlo o anticiparlo rispetto all' altro esattamente
come avviene per i due altoparlanti....
a prima vista sembra tutto semplice ma...... a differenza degli altoparlanti
(dove sono in gioco distanze "tangibili" nell' ordine dei metri o dei
centimetri a seconda della frequenza ), qui' sono in gioco distanze
estremamente piccole, posta a 635 nm la lunghezza d' onda del laser
usato per gli esperimenti (praticamente la lunghezza d' onda della
stragrande maggioranza dei portachiavi laser reperibili dal marocchino
per qualche euro da un paio d' anni a questa parte ) e considerando che
la differenza di distanza tra raddoppio di intensita' luminosa e buio
consiste in una sola mezza lunghezza d' onda ottieni che spostando uno
dei due specchi di 317,5 nm si passa tra la luce piena e il buio completo!
( NOTA per i meno tecnici...... 317,5 nm corrispondono a 0,0003175 mm
o a meno di un terzo di un millesimo di millimetro, provate a regolare
lo specchietto in queste condizioni se ci riuscite!!!!!!! ) :o
Per tagliare corto, con un laserino di quelli da qualche euro dal marocchino, due specchietti, un pezzetto di vetro ed una lente si riesce ad
autocostruire un sistema ottico in grado di misurare con sufficiente
precisione spostamenti anche inferiori ai 50nm ( nanometri ovverosia
0,00005 mm ), per dare un idea di cosa sono riuscito a misurare posso
indicare:
- la deformazione del pavimento in gettata di cemento armato della
mia cantina sottoposta alla pressione di UN DITO a 20 cm dallo specchio!
- la dilatazione termica del medesimo pavimento quando ci alito sopra
- la deformazione dello stesso quando qualcuno cammina a 3 metri di
distanza
- l' accorciamento dei muri tra il pomeriggio e la sera (quando cala il sole)
Un bel giorno, giocando con l' interferometro, ho visto le frange che
continuavano a muoversi ritmicamente ed hanno continuato a farlo per
un bel po di ore smorzandosi progressivamente.... la sera ho appreso dal
TG che c'era stato un forte terremoto in giappone e l' orario collimava con
l' inizio delle vibrazioni dell' interferometro!
OK, OK, OK
Ho lanciato la pietra nello stagno, ora sta a voi osservare le ondulazioni
propagarsi sul pelo dell' acqua; per quello che ne so io NON esiste ancora
un metodo di misura piu' preciso di quello interferometrico, cercate
quindi di farvelo bastare!
chiaramente cercate con google come disporre gli specchietti per
realizzare il vostro interferometro.
Ciao!
Fabio.
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La teoria è quando si sa tutto e niente funziona.
La pratica è quando tutto funziona e nessuno sa il perchè.
In questo caso, abbiamo messo insieme la teoria e la pratica:
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