Adriana AMATO, Anna Rita ARANCIO, Maria Grazia ARANCIO, Anna BARTIROMO, Francesco CAMMAROTA, Fabio CIALDINI, Francesco CIRILLO, Giovanni CIRILLO, Claudia D'ANGELO, David DE PASCALE, Fernanda DELLA MURA, Francesco DI MAURO, Piergiorgio FARIELLO, Andrea FERRENTINO, Mario GAMBARDELLA, Christian MAIORINO, Mario MAIORINO, Carla PANARITI, Carolina PELUSO, Marco RISPOLI, Martina RISPOLI, Annachiara SGAMBATO, Camilla SPLENDORE, Alfonso TORTORA, Simona TORTORA, Alessandro TROTTA, Alessio TROZZO, Samuel VENEZIANO, Annamaria VENNERIA, Luca SCALZULLO.

I ISTITUTO COMPRENSIVO NOCERA INFERIORE a.s. 2017/2018

Abstract

In questa esperienza fatta a scuola con il nostro professore di tecnologia, ci siamo proposti di fare un esperimento che ci aiutasse a dimostrare che, il suono, pur non essendo dotato apparentemente di massa o di un corpo fisico, fosse soggetto a forze di dispersione che ne diminuisce l'intensità in maniera in qualche modo proporzionale alla distanza dalla sorgente sonora.

Per fare questo abbiamo utilizzato i nostri cellulari con una APP appositamente creata per sfruttare i sensori dello smartphone (Physics Toolbox Suite). Ci siamo disposti a distanza crescente in maniera regolare ed abbiamo suonato il clacson della macchina del professore in modo da creare una sorgente sonora costante. Abbiamo esportato i dati e ne abbiamo fatto grafici su Excel confrontandoli tra loro e ricavando un risultato concorde con le previsioni teoriche e cioè che ogni volta che si raddoppia la distanza dalla sorgente sonora, l'intensità del suono diminuisce di circa 6 decibel. .

Introduzione e Teoria

Tutto è iniziato quando durante una lezione sulle forme dell'energia, ci siamo imbattuti nell'energia sonora che inizialmente non avevamo compreso bene. E' una energia non visibile e difficilmente tangibile con una unità di misura in scala logaritmica (concetto che esula dalle conoscenze di matematica di ragazzi di terza media).

Ma studiano e cercando in rete e sui libri ed ogni tanto ascoltando le spiegazioni del nostro professore, abbiamo compreso innanzitutto la natura fisica del suono ed il suo carattere ondulatorio. La cosa che ci ha colpito, in particolare, è stato constatare che, come per tutte le altre forme dell'energia, vale sempre il principio di conservazione. Ovvero che l'energia sonora, nel suo percorso che va dalla sorgente al soggetto ricevente, subisce comunque delle trasformazioni, non da ultima la messa in movimento dei nostri timpani, trasformandosi cioè da energia sonora ad energia meccanica pura. In questo viaggio va incontro, come ogni altra forma dell'energia a fenomeni di dispersione, proprio come succede ad un pendolo che oscilla in aria o ad un corpo che rotola su un piano inclinato.

Il suono è un'onda e nel suo propagarsi nel mezzo trasporta energia. L'energia sonora è quindi l'energia emessa da una sorgente sonora. Come altri tipi di energia, anche l'energia sonora può essere utilizzata per compiere lavoro, ad esempio fa vibrare la membrana di un altoparlante o il timpano del nostro orecchio.

La quantità di energia trasportata in un secondo da un’onda è chiamata potenza dell’onda e nel SI (il Sistema Internazionale) si misura in joule al secondo [J/s], cioè in watt [W]

P=E/t dove E è l'energia emessa e t è l'unità di tempo

Un'altra grandezza legata alla potenza sonora è l'intensità sonora:

I=P/4 (3,14) r^2

L’unità di misura dell’intensità del suono, nel Sistema Internazionale è il Decibel (dB) che per noi ragazzi non è un’unità di misura molto semplice da comprendere perché è un’unità logaritmica, purtuttavia abbiamo imparato e ci proponiamo di dimostrare che l'intensità sonora perde 6 db ogni volta che la distanza dalla fonte sonora raddoppia (cfr link)

Insieme con il professore abbiamo ideato gli esperimenti che abbiamo fatto e prima ancora di realizzarli , quando avevamo solo immaginato come potessero risultare , abbiamo immaginato che :

· L’ intensità del suono dalle diverse distanze in cui ci fossimo poste sarebbero state sicuramente diverse e che diminuissero in modo logaritmico

· Avevamo messo già in considerazione che le rilevazioni non sarebbero state del tutto veritiere perché non potevamo isolare tutti i rumori di fondo

Apparato sperimentale

Serviva uno spazio ampio per permetterci di distribuirci in maniera congrua valutando distanze che dovevano raddoppiare, e per questo abbiamo scelto il piazzale interno della scuola. La scelta della fonte sonora, invece, è stata dettata da due considerazioni. Serviva una fonte che avesse una intensità costante nel tempo (avevamo pensato di provare con la voce umana, ma tale ipotesi è stata immediatamente scartata) e che fosse sufficientemente forte da non disperdersi rapidamente con la distanza.

Abbiamo scelto la macchina del nostro professore. Il professore la ha sistemata al centro del piazzale, uno di noi si è messo all'interno dell'abitacolo con il compito di tenere schiacciato il clacson, mentre gli altri hanno misurato con un metro a nastro e con un gessetto le distanze dalla macchina, sistemando uno studente ad ogni metro di distanza .

Ecco che alla fine avevamo una fila di ragazzi, incaricati della misurazione, sistemati lungo questa linea ideale ed in particolare

1. alla sorgente sonora Francesco Cirillo

2. ad 1 metro Marco Rispoli

3. a 2 metri Samuel Veneziano

4. a 3 metri Fabio Cialdini

5. a 4 metri Annarita Arancio

6. a 5 metri Alessandro Trotta

7. a 6 metri Giovanni Cirillo

8. a 7 metri Francesco Di Mauro

9. a 8 metri Anna Bartiromo

Nelle foto tutte le fasi appena descritti, misurazione delle distanze, settaggio degli smartphone, ed esperimento.

Le misurazioni, invece sono state fatte con gli smartphone di ognuno di noi. Abbiamo scaricato una App free, Physics Toolbox Sensor Suite (https://www.vieyrasoftware.net/) che permette di utilizzare i sensori presenti sul cellulare per effettuare misurazioni di ogni genere estraendo i valori delle misure fatte in funzione del tempo e registrando tutto su file di tipo .csv. Abbiamo ovviamente scelto di utilizzare il fonometro ed ognuno dei ragazzi disposti in linea a partire dalla macchina del professore, ha iniziato le registrazioni qualche secondo prima che iniziasse il suono del clacson. L'esperimento è durato circa dieci secondi. Alla fine ognuno di noi ha inviato i file sull'indirizzo di posta elettronica del professore che a caricato il Google Drive i file condividendoli con tutti.

Risultati

Una volta raccolti tutti i file dati li abbiamo analizzati estraendone grafici che mostrassero visivamente l'andamento dell'Intensità sonora con il tempo trascorso.

Alcuni dei grafici non sono affatto utilizzabili a causa di rumori di fondo, distorsioni o semplicemente registrazioni che non sono partite. Ma quelli ricavati ad 1 metro, a 2 metri ed a 4 metri restituiscono valori che vale la pena guardare.

Nei grafici abbiamo inserito anche il valore atteso, il valore di soglia, ovvero quello di partenza che decresce di 6 db ogni volta che la distanza raddoppia. In particolare i 100 db misurati praticamente alla sorgente a 2 metri dovrebbero diventare 94 e a 4 metri 88db. Nei tre grafici la linea arancione rappresenta questo valore di soglia.

Dalla lettura dei dati risulta verificata con buona approssimazione l'ipotesi teorica iniziale.

Vale la pena riportare un ulteriore esperimento fatto con i ragazzi. Durante lo stesso esperimento abbiamo chiesto ad Alfonso Tortora di eseguire una misurazione provando a camminare a velocità costante nei dieci metri preparati. Ci aspettavamo di vedere una diminuzione graduale dell'intensità sonora, con tutti i limiti ovviamente della misurazione in se, degli ostacoli, dei disturbi e dei rumori di fondo.

Nel grafico abbiamo inserito i valori di soglia 100 db, 94 db e 88 db così come abbiamo fatto nelle misurazioni precedenti, e, anche se col beneficio di una prima analisi da raffinare, la stessa decrescita può essere osservata nel grafico che segue.

Conclusioni

Ci eravamo riproposti di valutare sperimentalmente di verificare se davvero l'intensità sonora diminuisce di sei decibel ogni volta che la distanza dalla sorgente sonora raddoppia.

Abbiamo imparato ad utilizzare un'App, Physics Toolbox Sensor Suite, per effettuare misurazioni utilizzando i sensori degli Smartphone.

Abbiamo imparato a ricavare dai file .csv dei grafici che descrivessero graficamente i dati registrati.

Abbiamo imparato a lavorare con strumenti di condivisione propri della suite Google Drive.

Abbiamo affrontato un problema risolvendolo in maniera cooperativa e collaborativa, dividendoci i compiti e utilizzando l'apporto di tutti ognuno secondo le proprie predisposizioni.

I Risultati vanno raffinati togliendo le cover degli smartphone (ce ne siamo accorti ad esperimento concluso), trovando il modo di isolare i rumori di fondo, evitando che tra smartphone e sorgente sonora ci siano ostacoli.

Ci piacerebbe ripetere l'esperimento della misurazione in movimento utilizzando un robot piuttosto che una persona cercando di dare una velocità costante ed assenza di movimenti e vibrazioni non volute.