LA LUCE

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. I pezzettini di sughero, la superficie dell’acqua, costituiscono un sistema meccanico in equilibrio.

Che cosa possiamo osservare ? Facciamo cadere un sassolino in un certo punto della vasca. 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.

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

Il sasso (che ha una massa; proprietà meccanica) cadendo altera l’equilibrio meccanico del sistema 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) 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

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)

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

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

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

La lampadina emette “luce” perché la corrente che circola nel filamento eccita lo stato energetico degli elettroni. Decadendo (con frequenze1015Hz), perdono l’energia che gli è stata fornita ed emettono la radiazione. 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 3.108 m/sec e si indica con c.

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

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

Onde elettromagnetiche ONDE RADIO  = 1km – 10cm trasmissioni radio-televisive MICROONDE  = 10cm – 1mm radar, telefono, forni IR - VISIBILE - UV  = 1mm – 10-9m calore, luce, reazioni chimiche RAGGI X – RAGGI GAMMA  = 10-8 – 10-12m radiografie

Lo spettro elettromagnetico LUNGHEZZA D’ONDA (m) 1fm 1pm 1nm 1μm 1mm 1m 10-14 10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 1 102 RAGGI GAMMA RAGGI X ULTRA- VIOLETTO INFRA- ROSSO MICRO- ONDE ONDE RADIO ENERGIA VISIBILE

Colori e lunghezza d’onda L’occhio umano è sensibile solo ad una piccola parte dello spettro elettromagnetico: la luce VISIBILE COLORE LUNGHEZZA D’ONDA (nm) violetto 380-430 azzurro 430-470 verde 470-520 giallo 520-590 arancione 590-610 rosso 610-750 Ciascun colore corrisponde ad una radiazione elettromagnetica di diversa lunghezza d’onda

Perché vediamo gli oggetti?

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

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

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

c= 300 000 km / s La velocità della luce La luce può propagarsi in un mezzo trasparente (aria, vetro, acqua) ma anche nel VUOTO. La sua velocità nel vuoto è c= 300 000 km / s La luce proveniente dal sole impiega circa 8 minuti per arrivare a noi. 150 milioni di km = 8 minuti-luce Sole Terra

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

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

La propagazione della luce: le ombre La luce si propaga in linea retta cono d’ombra Sorgente puntiforme oggetto opaco ombra Sorgente estesa P penombra C ombra

La propagazione della luce: le ombre La luce si propaga in linea retta Sorgente puntiforme ombra cono d’ombra oggetto opaco SOLE LUNA TERRA eclisse parziale eclisse totale

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

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

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

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

Riflessione su uno specchio piano oggetto

Riflessione su uno specchio piano oggetto P C

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

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

Riflessione su uno specchio concavo oggetto

Riflessione su uno specchio concavo oggetto P C

Riflessione su uno specchio concavo oggetto

Riflessione su uno specchio concavo oggetto

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

Riflessione su uno specchio convesso oggetto

Riflessione su uno specchio convesso oggetto P C

Riflessione su uno specchio convesso oggetto P C

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

Le leggi della rifrazione raggio incidente raggio incidente

Le leggi della rifrazione raggio incidente raggio riflesso i r1 raggio riflesso raggio incidente

Le leggi della rifrazione raggio incidente raggio riflesso raggio riflesso raggio incidente raggio rifratto

Le leggi della rifrazione raggio incidente raggio riflesso i r1 raggio incidente raggio riflesso r2 raggio rifratto raggio rifratto 1a legge: il raggio incidente, il raggio rifratto e la normale alla superficie giacciono nello stesso piano 2a 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

n2 sin r2 = n1 sin i Legge Snell-Descartes n è l’indice di rifrazione del mezzo in cui si propaga il raggio

Esempi di rifrazione Il bastoncino spezzato

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

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

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

Riflessione totale

Riflessione totale

Riflessione totale alim alim 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 alim alim

Riflessione totale alim 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 alim PRISMA a riflessione totale

Riflessione totale alim 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 alim PRISMA a riflessione totale FIBRA OTTICA

Esempi di riflessione totale PERISCOPIO

Esempi di riflessione totale FIBRA OTTICA PERISCOPIO

Esempi di riflessione totale FIBRA OTTICA PERISCOPIO

Esempi di riflessione totale FIBRA OTTICA PERISCOPIO

Esempi di riflessione totale FIBRA OTTICA PERISCOPIO

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