Scopo dell’esperienza: determinare la frequenza di un diapason, quella di  un altro diapason uguale, ma "alterato" mediante una piccola massa eccentrica, e verificare il formarsi ed il comportamento dei battimenti.

 

Materiale occorrente:

 

• Un computer.

• Interfaccia per computer.

• Software Science Workshop.

• Un sensore di suono.

• Due diapason con cassetta, di cui uno fornito di massa eccentrica rimovibile.

• Un martelletto di gomma.

 

Esecuzione:

 

Abbiamo collegato l'interfaccia al computer e la abbiamo accesa. Abbiamo quindi acceso il computer e lanciato Science Workshop.

Abbiamo posto un sensore di suono a 5-10 cm dalla "bocca" della cassetta del diapason.

Abbiamo preparato il computer per la raccolta dei dati. Abbiamo utilizzato il sensore di suono, impostando come condizione di termine raccolta  un limite temporale di mezzo secondo.

Abbiamo percosso il diapason e abbiamo cominciato la prima registrazione.

Abbiamo eseguito altre due raccolte, una con il diapason alterato e un'altra con i due diapason, quello alterato e l'altro "puro".

 

Nel primo caso (grafico rosso) abbiamo potuto calcolare un valore di frequenza vicinissimo a 440 Hz, trovando così una conferma della teoria che  sostiene che un  diapason ha una frequenza propria molto stabile (normalmente quella del LA centrale, ossia 440 Hz).

Nell'esperimento con il diapason  alterato (grafico verde), invece, abbiamo trovato un valore di frequenza di circa 434Hz: questo ci ha permesso di  verificare come la presenza di una piccola massa su uno dei bracci del diapason alteri la sua frequenza.

Aumentando la risoluzione temporale, come nella figura sottostante,

abbiamo potuto osservare  l'andamento delle singole vibrazioni del diapason, e verificare che sono oscillazioni sinusoidali.

Infine, utilizzando due diapason identici, di cui uno alterato, abbiamo potuto osservare i battimenti (grafico blu) e  verificare che tale fenomeno è periodico, di periodo circa 0,20 s.

I battimenti si sono prodotti dalla sovrapposizione di due onde sinusoidali aventi la medesima ampiezza, ma frequenze f₁ e f₂ "leggermente diverse". L'onda risultante possiede una forma caratteristica che mostra una sorta di "doppia oscillazione":

un'oscillazione rapida di frequenza  f₀ pari al valor medio delle due frequenze f₁ e f₂ (è ovvio che, essendo f₁ e f₂ molto vicine, f₀ è circa uguale a f₁);

un'oscillazione molto più lenta che "modula" l'ampiezza con una frequenza di battimento f_b pari alla differenza delle due frequenze f₁ e f₂ (è ovvio che, essendo f₁ e f₂ molto vicine, f_b è molto minore delle due frequenze f₁ e f₂). A prima vista sembrerebbe che i battimenti siano semplicemente una manifestazione del principio di sovrapposizione: sommando due onde si ottiene una nuova onda con caratteristiche differenti. Non è così. Di fatto il fenomeno del "battimento" manifesta appieno la sua importanza solo nel campo dell'acustica. Non a caso il nome stesso del fenomeno è dovuto alla lenta fluttuazione dell'intensità percepita che fa somigliare il suono, ad una pulsazione regolare.

Nel caso delle onde sonore, infatti, il nostro sistema uditivo percepisce la sovrapposizione di due suoni in modo molto differente, a seconda della distanza tra le frequenze dei suoni componenti. In particolare:

• se le frequenze f₁ e f₂ sono sufficientemente lontane tra di loro la sovrapposizione di due suoni è percepita come l'insieme di "due voci" distinte;
• se invece le frequenze f₁ e f₂ sono molto simili, non si percepiscono più due voci distinte, ma, appunto un solo suono di altezza simile a quella dei componenti, ma "battente".