Perturbazioni e onde

Le onde sonore sono una perturbazione delle molecole che compongono l’aria che si propaga come vibrazione da una sorgente a un ricevitore.
La sorgente è un oggetto capace di vibrare, per esempio uno strumento musicale, e il ricevitore può essere la membrana del timpano del nostro orecchio, che viene messa in vibrazione dalle onde sonore che la colpiscono.

Figura 1. Vibrazione delle molecole d'aria investite da un'onda sonora

Se in Figura 1 osserviamo le molecole d’aria soggette a una vibrazione possiamo vedere come, fissato un punto nello spazio, le molecole nel tempo subiscano una compressione che si alterna a una rarefazione, che risulta in una variazione di densità del mezzo.
In pratica, se fossimo in grado di osservare un gruppo di molecole vicine, le vedremmo oscillare in maniera alternata in avanti e indietro lungo la direzione di propagazione della perturbazione.

Onde

Un sasso cade in un lago, una corda viene fatta oscillare, un terremoto scuote la terra, tu mi parli e io ti ascolto, la radio diffonde musica: sono tutti esempi che coinvolgono le onde.

Ma che cosa è un’onda? Le onde sono una perturbazione che si propaga attraverso un mezzo. Le onde sono in grado di trasferire energia senza trasferimento di materia.

Segnali

In natura i segnali possono essere delle azioni compiute da un organismo per avvisare o mettere in allerta altri organismi, per esempio possiamo avere il rilascio di sostanze chimiche da parte di piante per segnalare la presenza di un predatore, oppure possiamo pensare ai suoni emessi dagli animali per richiamare altri animali per segnalare la presenza di cibo o di un pericolo.
Anche all’interno degli organismi è presente un sistema di segnalazione a livello delle cellule.

Una rete di telecomunicazoni permette lo scambio di informazioni (dati) tra un insieme di dispositivi hardware, per esempio telefoni fissi, computer, cellulari, dispositivi IoT (Internet of Things).
I dispositivi vengono connessi attraverso reti telefoniche, rete Internet cablata e comunicazioni wireless (senza fili).

Il passaggio da una rete a un’altra avviene attraverso un dispositivo di commutazione, per es. una telefonata fatta da un cellulare e destinata a un telefono fisso raggiunge prima la stazione radio più vicina al cellulare per poi essere inoltrata sulla rete fissa. Se invece un telefono cellulare viene utilizzato per visualizzare una pagina web, allora la comunicazione dalla stazione radio base viene inoltrata via rete telefonica all’ISP (Internet Service Provider) per poi essere instradata su Internet.

Magnetismo

In fisica il magnetismo è quel fenomeno per cui alcuni materiali sono in grado di attrarre ferro e altri elementi metallici.

Le prime manifestazioni del magnetismo

Nel 600 a.C. Talete di Mileto descrive la particolare proprietà di alcune rocce che erano in grado di attrarre pezzi di ferro. Queste rocce si trovavano nella regione dell’antica città di Magnesia, sulle coste dell’attuale Turchia, da cui il nome della roccia, magnetite (Fe₃O₄ è un ossido di ferro), e quello del fenomeno: magnetismo.

Fotografia e visione

Il termine fotografia deriva dai termini greci phos e graphé, e significa scrittura con la luce.

Figura 1. Osamu Kanemura, immagine tratta da una serie di fotografie in bianco e nero scattate per le strade di Tokyo

La luce è un’onda elettromagnetica e lo spettro del visibile ha una frequenza di circa 10¹⁵ Hz.

Il nostro occhio riesce a percepire la radiazione elettromagnetica come combinazionie di luminosità e cromatismo e le immagini che si formano sulla retina vengono poi elaborate dal nostro cervello.
Nella zona centrale della retina si trovano dei particolari fotorecettori, i coni, che esistono di tre tipi diversi, ciascuno dei quali è sensibile a una particolare componente della luce, quella del rosso, del verde oppure del blu – modello RGB (red, green, blue).

Per un’introduzione ai segnali elettrici, si veda il post segnali e segnali elettrici.

Telegrafia

La telegrafia, ovvero sia la trasmissione di segnali a distanza, avviene da tempi remoti, basti pensare alla trasmissione di un messaggio codificato attraverso un raggio di luce riflesso per mezzo di uno specchio, oppure ai segnali di fumo.

Nel 1767 la Royal Society inglese introduce il telegrafo ottico e nel 1791, in Francia, i fratelli Chappe crearono la prima torre di segnalazione a distanza, utilizzando pannelli riflettenti bianchi e neri, orologi, telescopi e un sistema di codici per la trasmissione di messaggi.