Ottica Antichi Fenomeni noti dall’antichità (propagazione della luce, riflessione e rifrazione, specchi ed anche lenti, conoscenze empiriche di ottica)

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1 Ottica Antichi Fenomeni noti dall’antichità (propagazione della luce, riflessione e rifrazione, specchi ed anche lenti, conoscenze empiriche di ottica) 300 AC - Euclide di Alessandria (ottica, tra l’altro…). 150 – Claudio Tolomeo ed Erone di Alessandria, trattati di ottica e tentativi di rendere quantitative le leggi della riflessione e della rifrazione 1000 –Abu Ali al-Hasan ibn al-Haitam (Alhazen) scrive un esteso trattato che viene tradotto in latino solo nel 1270. Roberto Grossatesta, De iride e De luce. Ruggero Bacone, ottica e geometria. 1300- Teodorico di Freiberg, teoria geometrica della rifrazione. Costruzione di lenti ed occhiali (con lenti convesse e concave).

2 Ottica Rinascimento 1618 – Francesco Maria Grimaldi, scopre le frange di diffrazione della luce e si convince della natura ondulatoria della luce. La teoria non viene considerata ma nel 1665 descriverà teoria ed esperimenti in Physico-mathesis de lumine coloribus et iride. 1621- Willebrord van Roijen Snell ( ), leggi della riflessione e della rifrazione. 1637 – Cartesio, in appendice al Discorso sul metodo, pubblica un lavoro sull’ottica – Pierre de Fermat, principio dei cammini ottici. Robert Hooke ( ) in Micrographia espone una teoria della propagazione della luce come onde di tipo elastico. 1667 – Christiaan Huyghens ( ) Treatise on Light, Traité de la Lumière (’90) 1704 – Isaac Newton ( ) Optics.

3 Ottica Primo ottocendo
1801 – Thomas Young ( ) Interferenza della luce, Polarizzazione trasversa delle onde luminose. Etere. 1801 – Johann Georg von Soldner, calcola la deflessione di un raggio di luce in prossimità della superficie del sole, assumendo velocità finita e corpuscoli massivi. – Augustin Jean Fresnel ( ) Interferenza onde, ottica ondulatoria, teoria dell’etere luminifero. 1825 – Lavori di Ampère sull’elettrodinamica

4 Misure di c Whilst the finiteness of the velocity of light (indicated as usual by c) was suspected by many philosophers and physicists (Galileo Galilei had suggested a method to measure it, but he probably never carried it out), it was Oleg Roemer, an assistant of J. D. Cassini in Paris, who got a first reliable indication of its high value, by using purely astronomical means. Finally, in 1727 G. Bradley discovered on  Dra (a star not too distant from the ecliptic pole) the effect of this finite velocity as a periodic variation of the apparent coordinates measured at successive dates by the terrestrial observer, during the yearly revolution around the Sun. The velocity that could be derived from these astronomical observations was confirmed around 1850 by Fizeau and Foucault.

5 Ottica Fine ottocento – Fizeau inizia misure di laboratorio sulla velocità della luce. Contributi di Weber, Grove e Stokes. – James Clerk Maxwell ( ) Equazioni dei campi, propagazione delle onde e.em., la natura della luce, la velocità della luce. The dynamical theory of electromagnetic field, 1864, 1865 1875 – Heinrich A. Lorentz ( ), rideriva dalla teoria di Maxwell le leggi dell’ottica. 1880 – Si ipotizzano misure possibili per evidenziare il moto della terra rispetto all’etere. 1884 – Contributi di Hertz e Poynting. 1886 – Oliver Heaviside ( ), semplifica nella forma moderna le equazioni dell’elettromagnetismo, usando i simboli del calcolo vettoriale grad, div, rot Heinrich Rudolf Hertz, produce e studia onde e.m. nell’intervallo dei GHz.

6 Ottica Novecento 1889-G.F. Fitzgerald ipotizza una contrazione delle lunghezze nei corpi in moto per spiegare la mancata evidenza del moto dell’etere negli esperimenti di Michelson-Morley. Velocità limite. 1890 – Hertz riformula e semplifica le equazioni dell’elettrodinamica. – H. A. Lorentz sviluppa più rigorosamente le idee di Fitzgerald e la dinamica delle particelle cariche in presenza di campi. Jules H. Poincaré ( ) esamina gli aspetti della velocità finita della luce, della apparente costanza della velocità della luce e della sincronizzazione degli orologi nei sistemi in moto. – W. Wien ( ) Studio della radiazione termica (radiazione del corpo nero) 1900 – Ipotesi di M. Planck sulla radiazione del corpo nero. Effetto quantistico. ca – Osservazioni sperimentali su effetto fotoelettrico. Altri limiti della descrizione classica che non spiega il ruolo della frequenza dell’o.e. 1905 – Albert Einstein ( ) – Spiegazione dell’effetto fotoelettrico. Quantizzazione dell’energia della radiazione. 1905 – A. Einstein, teoria della relatività speciale. 1907 – H. Minkowski ( ) reinterpreta la relatività speciale come proprietà dello spazio tempo a partire dalle proprietà di simmetria (teoria dei gruppi) dell’equazioni della elettrodinamica.

7 Una legge di conservazione.
Partendo da due delle equazioni di Maxwell e dall’identità di analisi vettoriale si ha Una legge di conservazione Definendo densità di energia E Vettore di Poynting Si ha in forma differenziale….

8 Onde elettromagnetiche. Dalle eq
Onde elettromagnetiche. Dalle eq. di Maxwell…nel vuoto o in un mezzo uniforme Nel vuoto

9 Onde elettromagnetiche.

10 Il campo e.m. nel formalismo relativistico non è descritto l’insieme di due campi vettoriali indipendenti in 3D, ma come un tensore doppio antisimmetrico in 4D Dalle trasformazioni di Lorentz per i 4-vettori si ottengono quelle per i tensori e si ha che, passando dal sistema O al sistema O’ in moto con velocità Vx lungo x, Trascurando i termini dal secondo ordine in Vx/c si ha Se nel sistema O’ c’è solo il campo elettrico E’ mentre B’ = 0, nel sistema O rispetto al quale O’ si muove con velocità V, si osservano sia un campo elettrico E sia un campo magnetico B diversi da E’ e B’. Ma la forza sulla carica F=qE+qVB è uguale a F’=qE’, come previsto dalle trasformazioni galileiane, dal momento che V/c<<1.