Gli spunti dell’ottica nella fisica moderna Dei gruppi: Luce 1 - Bertoni Francesco, Bossini Davide, Brignani Sara, Crescini Elisabetta. Luce 2 - Agostini Alessandro, Donati Riccardo, Marini Claudio, Mazza Leonardo.

La teoria ondulatoria La teoria ondulatoria della luce interpreta il fenomeno della luce come un’onda elettromagnetica, ossia come una variazione periodica dei campi elettrico e magnetico nello spazio e nel tempo. La luce si propaga anche nel vuoto a velocità costante c, all’incirca 3x108 m/s Le esperienze che avvalorano questa teoria sono: - interferenza - diffrazione Polarizzazione La relazione tra colore della luce e frequenza dell’onda luminosa è invece evidenziata dall’esperimento di: - assorbimento

La teoria dei quanti La teoria dei quanti viene introdotta per spiegare vari fenomeni, tra cui gli spettri e l’effetto fotoelettrico. La base della teoria dei quanti è l’ipotesi di Planck che la radiazione elettromagnetica interagisca con la materia mediante scambi di “pacchetti di energia” discreti. In base a questa teoria la luce viene interpretata come composta da fotoni, quanti di energia successivamente misurati.

La polarizzazione e la teoria dei quanti Come si comportano i fotoni di fronte a una lastra polaroid? Luce polarizzata verticalmente Fotoni Fotoni Luce polarizzata verticalmente Fotoni Nessun fotone Sperimentalmente metà fotoni Luce polarizzata verticalmente Fotoni La polarizzazione è un effetto che quantisticamente non può più essere interpretato a livello di evento singolo, mentre va considerato in termini statistici.

Natura ONDULATORIA della luce Causa Interferenza e diffrazione E’ l’interferenza tra infinite fenditure, che si manifesta nel momento in cui il raggio luminoso incontra una fenditura più piccola della sua lunghezza d’onda. Fenomeno per cui due o più raggi luminosi monocromatici, che si dipartono da sorgenti distinte, interagendo vanno a formare, su uno schermo, uno spettro costituito da parti luminose intervallate da zone d’ombra. I due raggi possono interagire con: -INTERFERENZA COSTRUTTIVA che comporta un’onda risultante ad intensità doppia - MEDIA DELLE INTENSITA’ - INTERFERENZA DISTRUTTIVA che comporta l’annullamento dell’intensità

Esperienza di Young -Dal laser parte un fascio di luce monocromatica -Attraversa due fenditure -Si proietta sullo schermo -Genera una traccia che viene letta dal sensore

Calcolo l luce monocromatica (laser rosso): d = 0,25mm D = 900 ±5mm y= 2,3 ±0,01mm S Condizione di massimo interferenza y=D * tg  (  negli angoli molto piccoli) =y / D S=d*sin (  negli angoli molto piccoli) S=d*y D S = M * l con M intero l = y*d MD l = 640 ± 40nm (valore strumento 660-680nm)

Interferenza e Diffrazione normalizzata utilizzando un’apertura del sensore minore (passa meno luce) Intensità di luce (%) Posizione (cm)

Interferenza e diffrazione a parità di condizioni Intensità di luce (%) Posizione (cm)

POLARIZZAZIONE La polarizzazione di un fascio luminoso è la direzione che definisce il piano di oscillazione del campo elettromagnetico Un polarizzatore è lo strumento che limita il passaggio delle radiazioni luminose Legge di Malus: I=Iocos2ø I Intensità della luce polarizzata Io Intensità della luce iniziale ø Angolo formato dai due assi di polarizzazione

SVOLGIMENTO Strumenti della I fase dell’esperimento: 2 polarizzatori , fotometro di Bunsen con filtri, 2 sorgenti luminose Fase I: calibrare, e risalire, attraverso i filtri del fotometro e l’intensità luminosa, all’ampiezza dell’angolo degli assi dei polarizzatori. Dimostrazione della legge di Malus Strumenti II fase dell’esperimento: 2 polarizzatori, fotodiodo, 1 sorgente luminosa, Voltmetro Fase II: attraverso l’uso del fotodiodo ulteriore dimostrazione con i dati ottenuti della legge di Malus

GRAFICO DELLA FASE I

GRAFICO FASE II

CONCLUSIONE Attraverso i dati ottenuti dalla prima fase, è stata dimostrata la legge di Malus Sfruttando questa legge è stato possibile confrontare i dati teorici con i nostri dati sperimentali Valutazione finale dell’errore: strumenti ed operatore L’esperimento mette in evidenza la natura ondulatoria della luce

Esperimento sull’assorbimento Strumenti utilizzati Filtro. Nella prima misurazione era assente, nelle successive sono stati usati vetrini di diverso colore Monocromatore Consente di selezionare una sola frequenza Sorgente di luce bianca (policromatica). Essa emette luce a più frequenze. Fibra ottica. Essa consente di “trasportare” la luce con una dispersione pressoché nulla. Misuratore di intensità. Misura l’intensità di una data frequenza luminosa.

Obiettivo dell’esperimento:  Misurare l’intensità di ogni frequenza emessa dalla sorgente luminosa prima senza filtri poi con tre filtri (vetrini) di diversi colori.  Valutare la relazione tra intensità della sorgente e intensità della sorgente filtrata. Il colore della serie corrisponde al colore del vetrino (la serie nera corrisponde alla sorgente) Asse ordinate: Potenza luce [nW] Asse ascisse: Lunghezza d’onda [nm]