L'Interferometro di Michelson Gruppo Luce1 -Lara Bessi -Monica Lanfredi -Valeria Zuccoli L'Interferometro di Michelson

Interferenza L'interferenza è un fenomeno fisico dovuto alla sovrapposizione, in un punto dello spazio, di due o più onde. Quello che si osserva è che l'intensità dell'onda risultante in un punto può essere diversa rispetto alla somma delle intensità associate ad ogni singola onda di partenza; in particolare, essa può variare tra un minimo, in corrispondenza del quale non si osserva alcun fenomeno ondulatorio, ed un massimo, coincidente con la somma delle intensità. In generale, si dice che l'interferenza è “costruttiva” quando l'intensità risultante è maggiore rispetto a quella di ogni singola intensità originaria, e “distruttiva” in caso contrario.

Interferometro di Michelson L'interferometro di Michelson è la tipologia più comune di interferometro e prende il nome dall'inventore, Albert Abraham Michelson. Una figura d'interferenza è ottenuta suddividendo, indirizzando su percorsi diversi, e facendo convergere nuovamente un fascio di fotoni. I due percorsi devono avere lunghezze differenti, o avvenire in materiali diversi, in modo che sia notevole uno sfasamento nel cammino ottico dei due fasci suddivisi.

L'ONDA ELETTROMAGNETICA E=E0eiωt t=tempo ω=pulsazione i=parte immaginaria I=|E|2=|E1+E2|2= E1=E01eiωt =I1+I2+2E1E2cosφ E2=E02eiωt+φ

Esperimento

Strumentazione Fonte di luce coerente (laser rosso 633nm)‏ 2 specchi riflettenti 1 specchio semi-riflettente Rilevatore ottico Computer Muro Demoltiplicatore Calcolatrice

Obiettivo Risalire alla lunghezza d'onda del laser rosso, esaminando le frange di interferenza proiettate su una superficie. La formula utilizzata per la verifica è la seguente: 2Δx=nλ

Dati visivi 1^ Misurazione Δx=0,037 mm n=100 λ=725 nm ± 450 nm E=62%

Dati elettronici 1^ Misurazione Δx=0,018 mm n=63 λ=571 nm ± 91 nm E=16% 2^ Misurazione Δx=0,078 mm n=250 λ=624 nm ± 36 nm E=5,8%

Grafici

Conclusioni Molti fattori possono influire sullo svolgimento dell'esperimento, nulla è trascurabile. Nonostante la procedura venga svolta con accurata precisione, gli errori sono frequenti e spesso di elevata percentuale. Bisogna accettare il fatto che non si arriverà mai ad una misura precisa, certa e uguale per tutti.

Benedini Lorenzo, Franceschetti Lorena, Rabaioli Gloria, ASSORBIMENTO Benedini Lorenzo, Franceschetti Lorena, Rabaioli Gloria, Virruso Stefano

Il colore: una proprietà della materia? Si potrebbe pensare di sì, ma in realtà dipende in maniera significativa anche dalla sorgente luminosa che colpisce il corpo in questione. Infatti il colore è il modo che la mente e l'occhio umano hanno per distinguere le componenti della luce a seconda della loro lunghezza d'onda.

Lo spettro del visibile L'occhio umano percepisce soltanto una piccola parte delle radiazioni luminose, cioè quelle corrispondenti ad una determinata lunghezza d'onda compresa tra 350 e 700 nm. Per valori inferiori o superiori si parla rispettivamente di ultravioletti e infrarossi.

Intensità luminosa A ciascuna lunghezza d'onda, quindi ad ogni colore, corrisponde una differente intensità luminosa, che indica quanta energia è trasportata dai fotoni di quella determinata radiazione. Infatti E = hv dove h è la costante di Planck e v è la frequenza. Siccome la velocità della luce è costante, l'espressione dipende solo da λ.

Il colore di un oggetto è dovuto alla λ che i suoi atomi riemettono dopo essere stati investiti da una radiazione: la luce viaggia sotto forma di fotoni, pacchetti di energia in quantità discrete. Ad ogni atomo serve una differente quantità di energia per eccitare i suoi elettroni. Quando l'elettrone eccitato torna nello stato di equilibrio, libera energia sotto forma di radiazione luminosa.

L'esperimento Obiettivo: A)Determinare a quale intensità luminosa corrisponde ciascuna lunghezza d'onda; B)Verificare che la somma dei colori primari è la luce bianca.

A) Il materiale

Come funziona il monocromatore? Questo dispositivo permette di scomporre la luce entrante grazie ad un reticolo di diffrazione e permette l'uscita della solo componente prescelta.

A)Il metodo Abbiamo variato la lunghezza d'onda da 380 a 700 nm, utilizzando il monocromatore. Ogni 10 nm, abbiamo preso nota della conseguente variazione di intensità luminosa (letta sul display)‏

Spettro della luce bianca A) I risultati I (μW) Spettro della luce bianca λ (nm)

Perché i colori primari sono tre? L'occhio umano vede grazie ai bastoncelli (che percepiscono la luminosità) e a 3 tipi di coni (ognuno sensibile ad un colore differente) La luce spesso non è monocromatica, possiamo riconoscere colori diversi perché “miscele” dei primari. I colori primari possono essere Rosso-Verde-Blu o Ciano-Magenta-Giallo

B) Il materiale

B)Il metodo Il procedimento è lo stesso dell'obiettivo 1. MA abbiamo usato filtri colorati (vetri): bloccano determinate lunghezze d'onda e quindi determinati colori

B) I risultati I (μW) Gli spettri dei filtri verde, blu, rosso a confronto con la luce bianca La forma, nei limiti degli errori, è simile. λ (nm)

T = Icon filtro/ I luce bianca Esiste tuttavia una proprietà detta TRANSMITTANZA che non dipende dalla sorgente luminosa ma esclusivamente dal corpo: T = Icon filtro/ I luce bianca λ (nm)

GRUPPO LUCE 3 DIFFRAZIONE E INTERFERENZA ALUNNI : Giulia Castellucchio Ambra Cavaggioni Stefano Galimberti Andrea Bassani

DIFFRAZIONE Simulazione della diffrazione di un'onda piana attraverso una fenditura. In fisica la diffrazione è un fenomeno associato alla deviazione della traiettoria di propagazione delle onde quando queste incontrano un ostacolo sul loro cammino. La dimensione dell'ostacolo da superare deve essere dello stesso ordine di grandezza della lunghezza d'onda della radiazione incidente, quando le dimensioni delle fenditure sono troppo grandi la luce non riesce a differire

Diffrazione da una doppia fenditura di un raggio laser Grafico e immagine della diffrazione da una singola fenditura Per determinare gli effetti della diffrazione occorre trovare la fase e l'intensità di ciascuna sorgente in ogni punto dello spazio; ciò significa calcolare per ogni punto la sua distanza dal fronte d'onda. In generale, è sufficiente determinare le posizioni dei massimi e minimi dell'onda per ottenere una completa descrizione del fenomeno. La descrizione più semplice di diffrazione si ha nel caso di un esperimento in due dimensioni per i raggi luminosi, si può trascurare una dimensione solo se la fenditura si estende in quella direzione per una distanza molto più grande della lunghezza d'onda della luce.

INTERFERENZA Il fenomeno dell'interferenza è dovuto alla sovrapposizione, in un punto dello spazio, di due o più onde. In generale, si dice che l'interferenza è costruttiva quando l'intensità risultante è maggiore rispetto a quella di ogni singola intensità originaria, e distruttiva in caso contrario. INTERFERENZA DISTRUTTIVA INTERFERENZA COSTRUTTIVA

L'obiettivo dell'esperimento era verificare che: S = mλd/D S: spessore della fenditura m: ordine del minimo λ: lunghezza d'onda d: distanza dallo schermo alla fenditura D: distanza dal centro al minimo

CALCOLI SINGOLA FENDITURA CASO 1 s: 0,08 mm s: 6,7x10(-5)x212,5/1,6= 8,89x10(-2) mm m: 1 λ: 6,7x1(-5)‏ d: 212,5 cm D: 1,6 cm CASO 2 s: 0,08 mm s: 2x 6,7x10(-5)x212,5/3,3= 8,6x10(-2) mm m: 2 λ: 6,7x1(-5)‏ d: 212,5 cm D: 3,3 cm

L'obiettivo dell'esperimento era di verificare che f = mλd/D f: distanza di separazione delle fenditure m: ordine del minimo λ: lunghezza d'onda d: distanza dallo schermo alla fenditura D: distanza dal centro al minimo

CALCOLI DOPPIA FENDITURA CASO 1 s: 0,04 mm F: 6,7x10(-5)x212,5/0,5= 0,28 mm m: 1 λ: 6,7x1(-5)‏ d: 212,5 cm D: 0,5 cm F:0,25 mm CASO 2 s: 0,08 mm F: 6,7x10(-5)x88,5/0,2215= 26x10(-2) mm d: 88,5 cm D: 0,2215 cm

CASO 3 s: 0,04 mm F: 6,7x10(-5)x88,5/0,28= 0,28 mm m: 1 λ: 6,7x1(-5)‏ d: 88,5 cm D: 0,28 cm F:0,25 mm