Esercizio
(Testo tratto da Fisica. Vol. 1. La soluzione è nostra).
Siamo all'incrocio di due strade come in fig. 1. Nell'istante raffigurato una macchina della polizia P si trova alla distanza di 41 m dall'incrocio e avanza alla velocità di 76km h , mentre una automobile M dista 57 m dall'incrocio, cui si avvicina con la velocità di 62km/h. Calcolare il vettore velocità di M rispetto al riferimento della polizia (modulo e angolo rispetto al senso di marcia di P). (altro…)
Un trasmettitore T emette ultrasuoni sotto forma di pacchetti d'onda piana longitudinale. Assumiamo come sistema di riferimento una terna di assi cartesiani con origine in T e asse x orientato verso un bersaglio B, che per ora consideriamo fermo rispetto al predetto sistema di riferimento, come illustrato nella seguente figura:
Le coordinate del punto del bersaglio B in cui vengono riflessi i pacchetti d'onda sono (r,0,0).
La funzione d'onda di singolo pacchetto può essere scritta come
dove k è il vettore di propagazione:
essendo λ la lunghezza d'onda e n il versore della direzione orientata di propagazione. Per come abbiamo scelto il sistema di riferimento:
onde
La grandezza ω(k) è, invece, la pulsazione in funzione del numero d'onde k=|k|. Come è noto dalla teoria della propagazione ondosa, tale funzione descrive il fenomeno della dispersione. Più specificatamente, se ω(k) è una costante o al più lineare in k, non c'è dispersione e il pacchetto conserva il profilo iniziale. Per semplicità consideriamo il caso particolare:
Cioè la dipendenza temporale della ψ(x,t) è un'oscillazione sinusoidale di durata τ. In particolare nel punto (0,0,0) i.e. nel punto di trasmissione:
Per una frequenza ν0=21kHz
Per la durata di singolo impulso assumiamo τ=3.88×10^-3 s . L'andamento di f(t) è plottato in figura:
Calcolando la trasformata di Fourier della funzione f(t) otteniamo
Come è noto dall'Analisi di Fourier, tale funzione esprime la densità spettrale della f(t), ovvero definisce l'ampiezza delle componenti monocromatica di pulsazione compresa tra ω e ω+dω. In figura riportiamo la densità spettrale con i dati numerici visti sopra.
La "larghezza" della g(ω) è controllata dalla durata τ del segnale. Più precisamente, al crescere di τ, g(ω) diviene più piccata intorno a ω0, per cui il contributo proveniente dalle componenti di Fourier con ω diverso da ω0 diviene progressivamente più trascurabile. Viceversa, al diminuire progressivo di t vediamo che g(ω) tende ad "allargarsi". Ciò significa che le componenti di Fourier di pulsazione ω=ω0 assumono un'ampiezza non trascurabile. In generale, la larghezza di g(ω) è l'ampiezza dell'intervallo