Prof. Gian Piero Pugliese Lezioni di Fisica

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1 Prof. Gian Piero Pugliese Lezioni di Fisica

2 Il miraggio Fin dai tempi più remoti, il miraggio è stato un fenomeno che ha destano nell uomo paura e al tempo stesso meraviglia, proprio perché non conosciuto come una qualsiasi altra manifestazione della natura. Oggi il miraggio non suscita paura, continua però a meravigliare con immagini che a volte spettacolari. Ma cos è il miraggio?

3 È un fenomeno fisico che si verifica in determinate condizioni atmosferiche, direttamente dipendenti dalla densità dell aria e dalla temperatura che influenza la densità dell aria. detto anche illusione ottica che mostra gli oggetti in una posizione diversa da quella dove essi sono realmente collocati.

4 r s un raggio di luce (retta r) è riflesso dallo strato caldo del terreno (retta s). L osservatore vedrà l oggetto nella direzione della retta s.

5 per comprendere correttamente il miraggio è necessario conoscere due fenomeni di ottica la riflessione e la rifrazione

6 La riflessione È un fenomeno fisico che si verifica quando un raggio di luce, proveniente da una sorgente luninosa (NB1),, incontra una superficie piana speculare (specchio) Il fenomeno è governato da due leggi: leggi della riflessione. NB1:con il termine sorgente luminosa si intende tanto una sorgente dotata di luce propria (una lampada), quanto un oggetto illuminato che diffonde raggi luminosi provenienti da un altra sorgente.

7 Leggi della riflessione 1 legge raggio incidente, raggio riflesso e normale alla superficie speculare, stanno tutti sullo stesso piano. 2 legge L angolo che il raggio indicente forma con al normale, è uguale all angolo che il raggio riflesso forma con la normale. normale al piano dello specchio sorgente i = r raggio riflesso r i raggio incidente specchio

8 La rifrazione È un fenomeno fisico che si verifica quando un raggio di luce attraversa la superficie che separa due mezzi trasparenti di diversa densità (p.e. aria-). Il fenomeno è governato da due leggi: leggi della rifrazione.

9 Leggi della rifrazione 1 legge raggio incidente, raggio rifratto e normale alla superficie dei due mezzi, stanno tutti sullo stesso piano. sen( i) sen( r) n 2 legge ir Il rapporto OP /OQ è costante ed è uguale n ri, indice di rifrazione relativo ai due mezzi, in questo caso aria -. Riteniamo necessario precisare che: sen(i)/sen(r)= indice rifrazione /indice rifrazione aria i è l angolo che il raggio incidente forma con la normale (in questo caso quello che si sposta nel mezzo aria. r è l angolo che il raggio rifratto forma con al normale (in questo caso quello che si sposta in ). = aria Superficie di separazione raggio rifratto Q Q r O i P P sorgente raggio incidente

10 sorgente P raggio incidente P raggio rifratto aria Superficie di separazione Q Q O P aria Superficie di separazione Q Q O P raggio rifratto raggio incidente sorgente Fig. 01 Fig. 02 Quando il raggio di luce passa da un mezzo meno denso verso un mezzo più denso, il raggio rifratto si avvicina alla normale (Fig. 01) Quando il raggio di luce passa da un mezzo più denso verso un mezzo meno denso, il raggio rifratto si allontana dalla normale (Fig. 02)

11 Un primo esempio di illusione ottica prendiamo in esame la Fig.03. Una sorgente luminosa (o corpo qualsiasi che emette raggi di luce) si trova in (mezzo più denso dell aria), nel punto S. Consideriamo il raggio di luce SO, nel punto di separazione (punto O), il raggio SO subisce la rifrazione e si propaga nel mezzo meno denso (aria) lungo la direzione OR. aria Superficie di separazione S raggio incidente sorgente Normale alla superficie di separazione S O R raggio rifratto L osservatore, dal punto R, vedrà l oggetto in S, mentre l oggetto realmente si trova in S. Fig. 03

12 La riflessione totale È un fenomeno che si verifica quando un raggio di luce incide sulla superficie di separazione di due mezzi trasparenti aventi diversa densità (p.e. -aria) con un angolo di incidenza maggiore dell angolo limite. Nel fenomeno della rifrazione, l angolo rifratto aumenta con l aumentare dell angolo di incidenza. Quando l angolo di incidenza supera un limite detto appunto angolo limite, il raggio non si rinfrange, ma si riflette secondo le leggi della riflessione. aria raggio riflesso O Superficie di separazione Angolo limite sorgenti Per angolo limite si intende un angolo di incidenza î (colorato in rosso) al quale corrisponde un angolo rifratto pari 90 rispetto alla normale. Per ogni coppia di mezzi esiste un angolo limite. Angolo di incidenza Generalmente il fenomeno della riflessione totale, avviene quando il raggio luminoso passa da un mezzo avente indice di rifrazione maggiore verso un mezzo con indice di rifrazione minore. î

13 Ci è necessario ancora comprendere un altro concetto prima di dare una esauriente spiegazione del miraggio: come varia la densità dell aria Il volume di una data massa d aria varia con la temperatura per come prevede la I legge di Gay-Lussa (V=volume T=temperatura) V = V 0 (1+αT) a parità di massa la densità dell aria diminuisce con l aumentare del volume d = m/v volume d = m/v poiché il volume aumenta con la temperatura, la densità dell aria diminuisce con l aumentare della temperatura d 1/T

14 Possiamo ora spiegare il miraggio (esempio di miraggio inferiore) r normale s La zona sottostante la linea di separazione è molto calda a causa del calore che rilascia il terreno, l aria che si trova in questa zona ha densità bassa. Al contrario, l aria che si trova sopra la linea di separazione è più fredda e per questa ragione più densa di quella sottostate. Se il raggio incidente (raggio r) supera l angolo limite (disegnato in rosso), si avrà la riflessione totale e l osservatore vedrà l oggetto secondo la direzione della retta s, per come spiegato nella diapositiva La riflessione totale.

15 Un altro esempio (esempio di miraggio superiore) In questo caso l aria meno densa la troviamo nella zona sovrastante, quella più densa in quella sottostante. Il fenomeno della riflessione totale si ripete analogamente come spiegato nella diapositiva precedente, ma nella zona sottostante: l oggetto sarà visibile in alto.

16 Come varia la densità dell aria Riteniamo necessario precisare che quando il fenomeno della rifrazione o della riflessione totale si verifica tra due mezzi diversi tra loro e stabilmente densi (aria- o ariavetro), l indice di rifrazione è unico e i raggi incidenti e rifratti sono rette.fig 01 in un mezzo a densità variabile (p.e. in aria), l indice di rifrazione cambia con la densità e il raggio rifratto risulterà essere una curva.(fig. 02) fig. 01 fig. 02 aria Superficie di separazione raggio rifratto Q Q r O i P P

17 Grazie della attenzione