Le onde elettromagnetiche

Venticinquesima puntata

Cosa hanno in comune una radio, una candela ed una radiografia? Incredibile a dirsi, ma riguardano tutte l’utilizzo di onde elettromagnetiche. Per avere una spiegazione di cosa sono e una panoramica delle situazioni in cui si utilizzano, parliamo con Riccardo Faccini del dipartimento di Fisica della Universita’ di Roma “La Sapienza”.

  • Autore: Riccardo Faccini
  • Altre voci: Chiara Piselli
  • Regia: Antonella Bartoli

Le musiche di sottofondo sono:

  • Bird Song – Bars Beats Studio
  • Enzo Carlino – No one dies of love
  • Giuliano Frammartino – Tomorrow
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7 Responses to Le onde elettromagnetiche

  • Algerino Patrignani says:

    La velocità delle onde elettromagnetiche dipende dalla loro frequenza?

  • rfaccini says:

    Nel vuoto no. Nei materiali si, si chiama dispersione della luce ed e’ l’effetto che produce fenomeni quali il prisma e l’arcobaleno. Questo argomento e’ discusso nella puntata “L’arcobaleno”.

  • Walter Donzelli says:

    Se nel decadimento radioattivo la “massa mancante” equivale all’energia sprigionata come radiazione elettromagnetica, perchè il fotone non ha massa, ma è solo una modificazione del campo elettromagnetico che si propaga nello spazio? Il fotone possiede energia, ha in certe condizioni proprietà particellari, ma non ha massa?
    Se i fotoni non hanno massa, perchè il loro percorso viene curvato da un campo gravitazionale come succede alle masse stesse?
    Qual’è la definizione di particella ? Ovvero quali sono le proprietà fondamentali comuni a tutte le particelle? Fra di esse c’è la massa (rapporto Forza/Accelerazione)? C’è la proprietà di occupare uno spazio non condivisibile da altro?
    Due masse si suppone interagiscano scambiandosi “gravitoni” oppure la due masse deformano lo spazio-tempo che le separa e si avvicinano seguendo la traiettoria più breve in base alle relazioni spaziali deformate?
    Quando una particella (es: elettrone) manifesta comportamento ondulatorio (diffrazione) che ne è della sua massa?

    • rfaccini says:

      Caro Walter,
      la massa non e’ altro che una forma di energia, come abbiamo descritto nella puntata a questo dedicato. Ma una particella non e’ obbligata ad averla. Una particella (come per esempio il fotone) potrebbe semplicemente avere solo le altre forme di energia. Quando pero’ la massa c’e’ allora c’e’ una relazione tra massa, impulso ed energia:

      E^2=m^2+p^2

      Ogni particella puo’ essere interpretata sia come onda che come particella, a seconda della scala delle dimensioni e delle energie in gioco nelle interazioni. Se interpretata come onda allora i suoi parametri fondamentali sono la lunghezza d’onda e la frequenza. Quello che si ha e’ che la frequenza e’ proporzionale all’energia, la lunghezza d’onda al reciproco dell’impulso.

      Rispondendo dunque alle domande specifiche:

      Domanda: Se nel decadimento radioattivo la “massa mancante” equivale all’energia sprigionata come radiazione elettromagnetica, perchè il fotone non ha massa, ma è solo una modificazione del campo elettromagnetico che si propaga nello spazio? Il fotone possiede energia, ha in certe condizioni proprietà particellari, ma non ha massa?

      Risposta: La massa nucleare si trasforma in energia cinetica del fotone, che non ha massa. Come quando frenando l’energia cinetica di una macchina si trasforma in riscaldamento delle ruote.

      Domanda: Se i fotoni non hanno massa, perchè il loro percorso viene curvato da un campo gravitazionale come succede alle masse stesse?

      Risposta: perche’ l’energia equivale alla massa. Dunque l’energia cinetica del fotone subisce anch’essa l’attrazione gravitazionale

      Domanda:Qual’è la definizione di particella ? Ovvero quali sono le proprietà fondamentali comuni a tutte le particelle? Fra di esse c’è la massa >(rapporto Forza/Accelerazione)? C’è la proprietà di occupare uno spazio non condivisibile da altro?

      Risposta: Una particella elementare, come discusso nella puntata a questo dedicata, e’ un oggetto che sperimentalmente non si comporta come se fosse composto, tale che non e’ possibile estrarvi delle altreparticelle altrimenti gia’ presenti all’interno dell’oggetto stesso. Poiche’ le particelle non sono in un punto, ma hanno una probabilita’ finita di essere in qualunque punto dello spazio, le particelle si sovrappongono. Alcune particelle pero’ (i fermioni, cioe’ i costituenti della materia) sono tali che due di esse non possono condividere lo stesso stato. In parole povere ed un po’ inesatte, non possono avere la stessa probabilita’ di essere in ogni punto dello spazio.

      Domanda:Due masse si suppone interagiscano scambiandosi “gravitoni” oppure la due masse deformano lo spazio-tempo che le separa e si avvicinano >seguendo la traiettoria più breve in base alle relazioni spaziali deformate?

      Risposta: La descrizione mediante la deformazione dello spazio tempo e’ calzante quando le energie in gioco sono tali da coinvolgere un numero estremamente elevato di gravitoni. Quando le energie diminuiscono allora e’ necessaria la descrizione tramite gravitoni. Esattamente come nel caso della luce o degli elettroni, dove sia la descrizione particellare che ondulatoria sono appropriate, ma si applicano in contesti diversi.

      Domanda: Quando una particella (es: elettrone) manifesta comportamento ondulatorio (diffrazione) che ne è della sua massa?

      Risposta: Come spiegato all’inizio, la massa di una particella influenza la relazione tra frequenza e lunghezza d’onda dell’oda ad essa associata. In pratica determina la velocita’ dell’onda nel vuoto, proprio come determina la velocita’ di movimento della particella a parita’ di energia.

      Le domande poste sono molto profonde. Forse abbiamo in parte risposto nelle puntate a cui ho fatto riferimento. Altrimenti non ti fare scrupoli ad insistere nel chiedere chiarimenti.

      Saluti
      Riccardo Faccini

  • Walter says:

    l’onda sonora, quando si propaga, ha un fronte d’onda che immagino sia simile ad una sfera che si ingrandisce man mano che passa il tempo dall’emissione dell’onda e che trasporta un’energia per unità di superficie che si riduce anch’essa col passare del tempo; ne consegue che posso udire il suono prodotto da una sorgente sonora anche dietro la sorgente stessa, anche in campo aperto; il suono è meno intenso se sono più lontano dalla sorgente.
    Quando osservo la luce emessa da puntatore laser vedo invece un raggio rettilineo che si propaga in una sola direzione dello spazio e che non sembra perdere energia man mano che si allontana dalla sorgente. Come posso immaginare il fronte d’onda di una radiazione elettromagnetica?

    Grazie

    • Una luce emessa da una sorgente “puntiforme” (una stella o una lampadina se sufficientemente lontana da me) e’ un’onda sferica e dunque si comporta esattamente come l’onda che ha descritto lei. Il puntatore laser, data la natura della sua emissione, e’ invece una sorgente di onda piana cioe’ i punti con ugual intensita’ non sono su una superficie sferica ma su una porzione di spazio. Non e’ pero’ vero che la sua intensita’ non cala. Il fascio si affievolisce comunque a causa delle interazioni con le molecole dell’aria. Sono solo meno probabili e dunque l’effetto richiede lunghezze maggiori per essere apprezzate. Ma se ci si mette abbastanza lontano dallo schermo anche il laser diventa piu’ flebile.

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