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LA LUCE. I pezzettini di sughero, la superficie dell’acqua, costituiscono un sistema meccanico in equilibrio. Immaginiamo di avere una vasca piena di.

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1 LA LUCE

2 I pezzettini di sughero, la superficie dell’acqua, costituiscono un sistema meccanico in equilibrio. Immaginiamo di avere una vasca piena di acqua in cui galleggiano dei pezzettini di sughero. La superficie dell’acqua sia perfettamente in quiete; i pezzettini di sughero sono fermi.

3 Che cosa possiamo osservare ? Un’onda si espande dal punto di caduta del sasso. I pezzettini di sughero cominciano ad oscillare su e giù in direzione perpendicolare alla superficie dello stagno. Facciamo cadere un sassolino in un certo punto della vasca.

4 Analizziamo che cosa è successo La caduta del sasso (sorgente) ha prodotto una perturbazione meccanica che nasce nel punto di caduta La perturbazione provoca l’oscillazione (in direzione verticale) dei pezzetti di sughero La perturbazione nata nel punto di caduta è sentita prima dai pezzetti di pezzetto più vicino e poi dagli altri. La perturbazione si propaga (nel mezzo acqua) in direzione radiale; l’oscillazione avviene in direzione perpendicolare alla direzione di propagazione Si dice che è una perturbazione trasversale

5 Il sasso (che ha una massa; proprietà meccanica) cadendo altera l’equilibrio meccanico del sistema La perturbazione (meccanica) può essere studiata attraverso l’analisi della posizione o della forza di richiamo (grandezze meccaniche) dei pezzetti di sughero rispetto al pelo dell’acqua all’equilibrio La velocità di propagazione della perturbazione e l’ampiezza di oscillazione dei pezzetti di sughero dipendono dalla massa e dall’altezza da cui cade il sassolino e dalla viscosità dell’acqua (caratteristiche meccaniche)

6 In sintesi - Esiste la sorgente meccanica della “perturbazione” (la pietra che cade) - La perturbazione si propaga in mezzo che ha certe proprietà meccaniche (viscosità, elasticità) - La perturbazione viene rivelata attraverso una proprietà meccanica (posizione del pezzetto di sughero o forza di richiamo)

7 Se continuiamo a far cadere sassolini con una cadenza opportuna (che dipende dalle viscosità dell’acqua) possiamo mantenere in oscillazione tutti i pezzettini di sughero contemporaneamente. Se fotografiamo la quota (rispetto al pelo dell’acqua in equilibrio) dei vari pezzetti di sughero ad un certo istante y=y(r) e la quota di uno stesso pezzetto di sughero ad istanti successivi y=y(t), si osserva che le posizione fotografate stanno su una curva ben definita di tipo sinusoidale

8 La propagazione della perturbazione meccanica può essere studiata attraverso un modello matematico che si dice modello matematico ondulatorio o onda Questo modello è comune ad altri tipi di perturbazioni anche legate a altre proprietà dei sistemi fisici La luce può essere trattata come è una perturbazione di natura elettromagnetica, la cui propagazione può essere studiata secondo un modello ondulatorio traversale

9 Perché la luce è perturbazione ? Dal punto di vista della luce lo stato di equilibrio è il “BUIO” Se sono in una stanza al “buio”, premendo il pulsante dell’interruttore altero questo stato perché la stanza si illumina Il filamento delle lampadina diventa incandescente, la lampadina diventa una sorgente luminosa. E’ l’analogo del sasso gettato nello stagno

10 Dalla sorgente la “ perturbazione “ luce si irradia in tutta la stanza, come le onde nello stagno La radiazione dalla lampadina si propaga in tutte le direzioni con una velocità che vale m/sec e si indica con c. La lampadina emette “luce” perché la corrente che circola nel filamento eccita lo stato energetico degli elettroni. Decadendo (con frequenze  Hz), perdono l’energia che gli è stata fornita ed emettono la radiazione.

11 La perturbazione luminosa che è prodotta da cariche elettriche in movimento (elettrone che decade) si può propagare anche nel vuoto Il mezzo in cui si propaga una radiazione luminosa è caratterizzato dall’indice di rifrazione legato alle proprietà elettromagnetiche del mezzo

12 Onde ampiezza lunghezza d’onda (λ) energia La radiazione elettromagnetica trasporta un’energia che aumenta al diminuire della sua lunghezza d’onda Un’onda è caratterizzata da una lunghezza d’onda e da un’ampiezza

13 Onde elettromagnetiche IR - VISIBILE - UV = 1mm – m calore, luce, reazioni chimiche RAGGI X – RAGGI GAMMA = – m radiografie MICROONDE = 10cm – 1mm radar, telefono, forni ONDE RADIO = 1km – 10cm trasmissioni radio-televisive

14 1fm 1pm 1nm 1μm 1mm 1m RAGGI GAMMA RAGGI XULTRA- VIOLETTO INFRA- ROSSO MICRO- ONDE RADIO Lo spettro elettromagnetico LUNGHEZZA D’ONDA (m) VISIBILE ENERGIA

15 Colori e lunghezza d’onda Ciascun colore corrisponde ad una radiazione elettromagnetica di diversa lunghezza d’onda COLORELUNGHEZZA D’ONDA (nm) violetto azzurro verde giallo arancione rosso L’occhio umano è sensibile solo ad una piccola parte dello spettro elettromagnetico: la luce VISIBILE

16 Perché vediamo gli oggetti?

17 Noi vediamo gli oggetti perché da essi partono radiazioni luminose che giungono al nostro occhio SORGENTE LUMINOSA OGGETTI ILLUMINATI Una SORGENTE LUMINOSA emette luce propria, mentre gli OGGETTI ILLUMINATI diffondono in tutte le direzioni la luce da cui vengono investiti.

18 Che cos’è la luce? TEORIA CORPUSCOLARE fotoni UN FLUSSO DI PARTICELLE MICROSCOPICHE emesse a ritmo continuo dalle sorgenti luminose

19 Che cos’è la luce? UN FLUSSO DI PARTICELLE MICROSCOPICHE emesse a ritmo continuo dalle sorgenti luminose UN’ ONDA UN’ ONDA cioè energia che si propaga TEORIA CORPUSCOLARE TEORIA ONDULATORIA fotoni

20 La velocità della luce c= km / s La luce proveniente dal sole impiega circa 8 minuti per arrivare a noi. La luce può propagarsi in un mezzo trasparente (aria, vetro, acqua) ma anche nel VUOTO. La sua velocità nel vuoto è SoleTerra 150 milioni di km = 8 minuti-luce

21 La propagazione della luce: le ombre La luce si propaga in linea retta

22 La propagazione della luce: le ombre ombra cono d’ombra Sorgente puntifor me La luce si propaga in linea retta oggetto opaco

23 La propagazione della luce: le ombre ombra cono d’ombra Sorgente puntifor me La luce si propaga in linea retta oggetto opaco Sorgent e estesa P penombra C ombra

24 La propagazione della luce: le ombre SOL E LUNA TERRA eclisse parziale eclisse totale La luce si propaga in linea retta Sorgente puntiform e ombra cono d’ombra oggetto opaco

25 Le proprietà della luce Cosa avviene quando la luce colpisce un oggetto?

26 Le proprietà della luce Cosa avviene quando la luce colpisce un oggetto? … può essere riflessa … … trasmessa … … assorbita e poi riemessa …

27 Le leggi della riflessione i Superficie riflettente liscia (specchio) raggio incidente

28 Le leggi della riflessione i r1r1 Superficie riflettente liscia 1 a legge: il raggio incidente, il raggio riflesso e la normale alla superficie riflettente giacciono nello stesso piano 2 a legge: l’angolo di incidenza è uguale all’angolo di riflessione i=r 1 i=r1i=r1 raggio incidente raggio riflesso

29 Riflessione su uno specchio piano oggetto

30 Riflessione su uno specchio piano oggetto P C

31 Riflessione su uno specchio piano LEZIONI DI OTTICA per le scuole medie F.Menchini 1-10 oggetto P C

32 L’immagine è VIRTUALE, delle stesse dimensioni dell’originale, DRITTA, ma NON E’ SOVRAPPONIBILE ALL’ORIGINALE Riflessione su uno specchio piano oggetto P CC’C’ P’P’ immagine

33 Riflessione su uno specchio concavo oggetto

34 Riflessione su uno specchio concavo oggetto P C

35 Riflessione su uno specchio concavo oggetto P C

36 Riflessione su uno specchio concavo oggetto P C

37 Riflessione su uno specchio concavo L’immagine è REALE, rimpicciolita e CAPOVOLTA oggetto P C P’P’ immagine C’C’

38 Riflessione su uno specchio convesso oggetto

39 Riflessione su uno specchio convesso oggetto P C

40 Riflessione su uno specchio convesso oggetto P C

41 Riflessione su uno specchio convesso L’immagine è VIRTUALE, rimpicciolita e DRITTA oggetto C’C’ P’P’ P immagine C

42 Le leggi della rifrazione i i raggio incidente

43 Le leggi della rifrazione i r1r1 i r1r1 raggio riflesso raggio incidente

44 Le leggi della rifrazione i r1r1 r2r2 i r1r1 raggio incidente raggio riflesso raggio incidente raggio riflesso raggio rifratto

45 Le leggi della rifrazione i r1r1 r2r2 i r1r1 r2r2 1 a legge: il raggio incidente, il raggio rifratto e la normale alla superficie giacciono nello stesso piano 2 a legge: quando un raggio luminoso passa da un mezzo meno “denso” a uno più “denso” si avvicina alla normale; se passa da un mezzo più “denso” ad uno meno “denso” si allontana dalla normale raggio riflesso raggio incidente raggio riflesso raggio incidente raggio rifratto

46 Legge Snell-Descartes n 2 sin r 2 = n 1 sin i n è l’indice di rifrazione del mezzo in cui si propaga il raggio

47 Esempi di rifrazione Il bastoncino spezzato

48 Esempi di rifrazione Il bastoncino spezzato Un bastoncino immerso parzialmente in acqua sembra spezzato

49 Esempi di rifrazione Il bastoncino spezzato Un bastoncino immerso parzialmente in acqua sembra spezzato P P’P’ A causa della rifrazione, gli oggetti in acqua appaiono più in alto di dove realmente si trovano

50 Esempi di rifrazione aria sempre più calda e quindi sempre meno densa sabbia bollente Il miraggio

51 Riflessione totale

52

53 Se la luce passa da un mezzo meno denso a uno più denso incidendo con un angolo superiore di un ANGOLO LIMITE, essa viene riflessa totalmente a lim

54 Riflessione totale Se la luce passa da un mezzo meno denso a uno più denso incidendo con un angolo superiore di un ANGOLO LIMITE, essa viene riflessa totalmente a lim PRISMA a riflessione totale

55 Riflessione totale Se la luce passa da un mezzo meno denso a uno più denso incidendo con un angolo superiore di un ANGOLO LIMITE, essa viene riflessa totalmente FIBRA OTTICA PRISMA a riflessione totale a lim

56 Esempi di riflessione totale PERISCOPIO

57 PERISCOPIO FIBRA OTTICA

58 Esempi di riflessione totale PERISCOPIO FIBRA OTTICA

59 Esempi di riflessione totale PERISCOPIO FIBRA OTTICA

60 Esempi di riflessione totale PERISCOPIO FIBRA OTTICA

61 Esempi di riflessione totale PERISCOPIO FIBRA OTTICA


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