La Luce

La luce è un’onda elettromagnetica Le onde descritte da una funzione seno o coseno (sinusoidale o cosinusoidale), sono dette armoniche. Grandezze caratteristiche di un'onda sono: ampiezza A in metri, periodo T in secondi, (tempo in cui avviene una oscillazione completa), frequenza n = 1/T in Hz,  (Hertz) numero di oscillazioni al secondo, lunghezza d'onda l in metri, ( distanza minima fra due punti che vibrano in fase);     v =  l · n, velocità dell'onda. Luce visibile rosso: l = 0,7 mm; n = 0,4·1015 Hz  violetto: l = 0,4 mm; n = 0,7·1015 Hz . C =  l · n =3·10 8 m/s.

La luce: Onda elettromagnetica.       Le onde elettromagnetiche(luce, onde radio, microonde, onde TV si propagano anche nel vuoto con la velocità C = 3·10 8 m/s, non hanno bisogno di mezzo di trasmissione perchè ciò che vibra è un campo elettromagnetico.

Tempo impiegato dalla luce ad attraversare la distanza Terra Luna (circa 1,28 secondi)

Secondo la teoria ondulatoria di Huygens (1670), la luce si propaga come un'onda  attraverso un mezzo trasparente che permea tutto l'universo: l'etere. Newton invece formulò una teoria corpuscolare: la luce emessa da una sorgente luminosa è formata da uno sciame di corpuscoli che procedono nello spazio in linea retta a velocità altissima. Nel secolo XIX si dimostrò che la luce si comporta come un'onda elettromagnetica e si propaga nel vuoto (l'etere non esiste). La teoria corpuscolare di Newton sembrò quindi sbagliata fino a quando all'inizio del 1900, Albert Einstein propose una nuova teoria corpuscolare, perchè in certi fenomeni ( es. effetto fotoelettrico), la luce si comporta come se fosse costituita da "granuli"(fotoni o quanti di luce) emessi da una sorgente luminosa. Ogni fotone trasporta un quanto di energia proporzionale alla frequenza dell'onda elettromagnetica ( E = h · n  dove h è la costante di Planck che vale 6,626 ·10-34 J·s) e cede questa energia alle particelle dei corpi che colpisce ( come negli urti meccanici fra bilie). La luce ha quindi una doppia natura (corpuscolare e ondulatoria). Newton e Huygens avevano entrambi ragione.  

L'albedo (dal latino albēdo, "bianchezza“) di una superficie è il rapporto fra l’energia della radiazione riflessa indietro e l’energia totale della radiazione incidente. L'esatto valore della frazione dipende, per lo stesso materiale, dalla lunghezza d'onda della radiazione considerata. Se la parola albedo viene usata senza ulteriori specifiche, ci si riferisce alla luce visibile. L'albedo massima è 1, quando tutta la luce incidente viene riflessa. L'albedo minima è 0, quando nessuna frazione della luce viene riflessa. In termini di luce visibile, il primo caso è quello di un oggetto perfettamente bianco, l'altro di un oggetto perfettamente nero. La Terra ha un'albedo media di circa 0,3 (30%). La Luna, 0,12 (12%)

Effetto albedo La luce ha una natura duale e può essere considerata particella o onda elettromagnetica con un caratteristico spettro. Considerando il suo comportamento ondulatorio, la luce nel visibile subisce il fenomeno della riflessione. L'albedo è la capacita di una superficie di riflettere una certa percentuale della luce incidente. Ogni tipo di suolo e vegetazione presentano valori di albedo diversi. Ad esempio il ghiaccio e la neve fresca hanno valori di albedo che si avvicinano a 0,9 su una scala che va da 0 a 1. Se un raggio di sole colpisce una superficie ghiacciata tale superficie sarà in grado di riflettere il 90% dell'energia del raggio e assorbire solo il 10% dell'energia rimanente. La parte assorbita viene "trasformata" in calore e fa aumentare la temperatura dell'aria, del suolo. Un suolo senza ghiaccio ha un effetto albedo inferiore e quindi assorbe e libera molta più energia rispetto ad un suolo ghiacciato. L'effetto albedo è un parametro fondamentale anche per stimare le differenze climatiche di zone vicine, ma che presentano vegetazioni e suoli diversi. Più neve c'è al suolo e più fa freddo.   

Huygens e Newton nemici: modi diversi di interpretare la luce Huygens e Newton nemici: modi diversi di interpretare la luce. Sostenitori di due diverse teorie sulla natura della luce

Riflessione, Rifrazione

Rifrazione seni/senr = n12 = V1/V2 per l’aria n = 1 per l’acqua n = 1,33

Riflessione totale acqua- aria vetro-aria

Rifrazione – Riflessione totale

La riflessione totale Disegno di Cartesio per spiegare l’arcobaleno

Dispersione della luce: spettro attraverso un prisma di vetro

Riflessione totale

Doppio Arcobaleno

Riflessione totale doppia

Doppio arcobaleno

Miraggio

Miraggio

Miraggio inferiore

Miraggio superiore

Miraggio superiore

Montagne in mare, perché?

Fata Morgana

Maxwell interprete matematico della luce

Equazioni di Maxwell 1873 Le equazioni di Maxwell sono un sistema di equazioni fondamentale nello studio dei fenomeni elettromagnetici: governano infatti l'evoluzione spaziale e temporale dei campi elettrici e magnetici.

Lenti di vetro: formano immagini grazie alla rifrazione della luce

Lenti convergenti per presbiti Lenti divergenti per miopi

Lente convergente: immagine reale

Lente divergente (per miope, avvicina gli oggetti lontani)

Occhio miope troppo grande: non mette a fuoco sulla retina, gli oggetti lontani

Lente divergente: avvicina gli oggetti lontani

Lente convergente: ingrandisce gli oggetti e li allontana dall’occhio (per presbiti che non vedono da vicino)