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1 Prof. Paolo Zazzini CORSO DI FISICA TCNICA II AA 2009/10 ILLUMINOTECNICA Lezione n° 1: Natura della luce.

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1 1 Prof. Paolo Zazzini CORSO DI FISICA TCNICA II AA 2009/10 ILLUMINOTECNICA Lezione n° 1: Natura della luce

2 2 La luce è costituita da particelle piccolissime che, penetrando nellocchio ad alta velocità, provocano la sensazione della visione Doppia natura della luce: ONDULATORIA e CORPUSCOLARE La luce si propaga in linea retta Spiega la riflessione con la teoria degli urti elastici (conservazione della q.d.m.) vxvx vxvx vyvy vyvy Non è in grado di spiegare la rifrazione Teoria corpuscolare (Newton ): Newton ipotizzò una forza di attrazione da parte della superficie di separazione (impulso) sulla luce nel passaggio tra due mezzi a densità crescente (esempio aria-acqua) in modo da aumentare la v y avvicinando il raggio rifratto alla normale alla superficie Aumento della velocità della luce passando da un mezzo meno denso ad uno più denso Due secoli più tardi FOUCAULT dimostrò sperimentalmente il contrario !! Corso di Fisica Tecnica II – Prof. Paolo ZAZZINI AA 2009/10 vxvx vxvx vyvy vyvy aria acqua

3 3 Contributo di molti scienziati: Young, Huygens, Hooke, Fresnel che studiarono interferenza,riflessione e rifrazione, diffrazione Teoria ondulatoria Luce costituita da ONDE ELETTROMAGNETICHE: perturbazioni periodiche nel tempo e nello spazio del campo elettromagnetico Maxwell – 1860 Teoria dellELETTROMAGNETISMO Le onde elettromagnetiche si propagano nel vuoto con la stessa velocità della luce (3x10 8 m/s) Suggerendo che questo accordo non fosse casuale, Maxwell sostenne la natura ondulatoria della luce Il modello ondulatorio non spiega tutti i fenomeni Hertz Effetto fotoelettrico – emissione di elettroni da elettrodi bombardati da fotoni, particelle di luce Leffetto fotoelettrico è spiegabile solo con la natura corpuscolare della luce!!! (Einstein 1905) Si fa strada di nuovo il modello corpuscolare Luce costituita da FOTONI, particelle di massa molto piccola presenti in gran numero in un fascio luminoso, ciascuna con un piccolo contenuto di energia La teoria quantistica mette daccordo i due modelli spiegando alcuni fenomeni con il modello ondulatorio (interferenza e diffrazione) ed altri con quello corpuscolare (scambi energetici) Dagli studi di Foucault si fa strada la teoria ondulatoria Corso di Fisica Tecnica II – Prof. Paolo ZAZZINI AA 2009/10

4 4 Teoria ondulatoria La luce è una radiazione elettromagnetica caratterizzata da una lunghezza donda ed una frequenza. Corso di Fisica Tecnica II – Prof. Paolo ZAZZINI AA 2009/10 : lunghezza donda = distanza in metri tra due punti allo stesso valore del campo T: periodo = tempo in secondi che intercorre tra due istanti in cui il campo assume lo stesso valore : frequenza = T –1 : inverso del periodo: numero di cicli nellunità di tempo (s -1 = Hz) Nel vuoto: c = m/s. Unonda elettromagnetica è una perturbazione del campo elettromagnetico che si propaga in modo periodico nel tempo e nello spazio c = / T =

5 5 Lunghezza donda delle radiazioni luminose molto piccola ( nm) rispetto alle dimensioni medie dei corpi con cui interagisce Può essere accettata lipotesi di propagazione in linea retta con lapprossimazione grafica dei raggi luminosi Equazioni di Maxwell: Forniscono risultati di notevole precisione riguardo al valore del campo elettromagnetico in un punto dello spazio ed in un certo istante di tempo Tale precisione è eccessiva nel caso dei fenomeni macroscopici riguardanti la luce Per descrivere i fenomeni luminosi adottiamo il modello ondulatorio con alcune semplificazioni: Corso di Fisica Tecnica II – Prof. Paolo ZAZZINI AA 2009/10 E i = E r + E a + E t E i / E i = (E r + E a + E t ) / E i a : coefficiente di assorbimento = E a / E i r : coefficiente di riflessione = E r / E i t : coefficiente di trasmissione = E t / E i a + r + t = 1 EaEa ErEr EiEi EtEt Interazione di una radiazione luminosa con una parete

6 6 Teoria quantistica: Considerando validi sia il modello corpuscolare che quello ondulatorio e mettendoli daccordo, permette di valutare il contenuto energetico della luce: Lenergia luminosa che si propaga non è distribuita in maniera uniforme in tutto il fronte donda dellonda e. m. ma in modo discreto, concentrata in alcuni punti secondo quantità discrete di energia, dette quanti: = h h : costante di Plank = –27 erg sec La riflessione può essere: SpeculareDiffusaMista Corso di Fisica Tecnica II – Prof. Paolo ZAZZINI AA 2009/10

7 7 SPETTRO ELETTROMAGNETICO Al variare della lunghezza donda si considerano le varie tipologie di onde elettromagnetiche che, conservando le medesime caratteristiche, si differenziano per gli effetti che producono Raggi cosmici Raggi Raggi x UVIRMicroondeUHF 1 km Onde lunghe FINESTRA OTTICA Radiazioni visibili nm VHF Onde corte nm1 nm1 cm ViolettoBlueVerdeGialloArancioRosso Le onde visibili occupano un piccolissimo intervallo di lunghezze donda (FINESTRA OTTICA) compreso tra 380 e 780 nm allinterno del quale si distinguono le varie componenti cromatiche della luce. Una miscela omogenea di tutte le componenti cromatiche (spettro uniforme) produce una LUCE BIANCA Il prevalere di una o più componenti cromatiche sulle altre attribuisce alla luce una particolare TONALITA CROMATICA La luce bianca èd detta ACROMATICA Corso di Fisica Tecnica II – Prof. Paolo ZAZZINI AA 2009/10

8 8 FENOMENO DELLA VISIONE Determinato da fattori oggettivi: Intensità della radiazione incidente nellocchio e soggettivi: Sensibilità dellocchio alle radiazioni visibili CAPACITA VISIVE La radiazione visiva incide sulla CORNEA (membrana trasparente) La lente elastica retrostante (CRISTALLINO) modifica il raggio di curvatura mettendo a fuoco limmagine Sulla retina si produce una immagine rovesciata che viene inviata al cervello dove viene raddrizzata Le radiazioni incidenti sulla cornea vengono rifratte verso la RETINA dove si trovano i fotoricettori concentrati nella FOVEA Corso di Fisica Tecnica II – Prof. Paolo ZAZZINI AA 2009/10

9 9 I fotoricettori sono CONI e BASTONCELLI, 126 x 10 6 cellule nervose sensibili alla luce Corso di Fisica Tecnica II – Prof. Paolo ZAZZINI AA 2009/10 I BASTONCELLI (120 x 10 6 ) più numerosi e più sensibili Responsabili della visione notturna (SCOTOPICA) caratterizzata da valori molto bassi dellenergia luminosa I CONI (6 x 10 6 ) molto meno numerosi e meno sensibili Responsabili della visione diurna (FOTOPICA) caratterizzata da valori molto più elevati dellenergia luminosa La percezione dei colori è possibile solo con la visione FOTOPICA I CONI sono di tre tipi: ROSSI, VERDI, BLUE (colori fondamentali) Ciascuna tipologia contiene fotopigmenti sensibili a diverse lunghezze donda La ricezione dellimmagine da parte di coni e bastoncelli avviene per scomposizione chimica in conseguenza della quale impulsi nervosi vengono inviati al cervello I centri encefalici preposti decodificano il messaggio ricevuto interpretandolo e raddrizzando limmagine Locchio umano è sensibile alla potenza radiante entrante e non allenergia come una pellicola fotografica Un fascio luminoso entrante su una pellicola la impressiona in funzione dellapertura dellobiettivo e del tempo di esposizione (energia) al contrario locchio rimane costantemente allo stesso grado di sensibilità che ha allistante iniziale della percezione visiva

10 10 Corso di Fisica Tecnica II – Prof. Paolo ZAZZINI AA 2009/10 La sensibilità dellocchio che determina le capacità visive dellindividuo è funzione QUALITATIVA e QUANTITATIVA della lunghezza donda incidente La sensibilità QUALITATIVA consente di distinguere le tonalità cromatiche delle varie radiazioni La sensibilità QUANTITATIVA comporta una reazione più o meno intensa alle varie lunghezze donda: Per avere la stessa sensazione visiva sono necessarie potenze radianti diverse alle diverse lunghezze donda La sensibilità è MASSIMA al centro dello spettro (555 nm in visione fotopica e 510 nm in visione scotopica ) e minima ai lati m v( ) Fotopica Scotopica VISIBILITA V( ) Massima al centro e minima ai lati serve a misurare la capacità visiva dellocchio Coefficiente di VISIBILITA v( ) = V( ) /V max Varia da 0 (a 380 e 780 nm) a 1 (al centro dello spettro)


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