09/10/15. 1 I raggi luminosi. 1 I raggi luminosi. L ottica geometrica

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1 1 I raggi luminosi 1 I raggi luminosi Per secoli si sono contrapposti due modelli della luce il modello corpuscolare (Newton) la luce è un flusso di particelle microscopiche il modello ondulatorio (Christiaan Huygens) la luce è un onda L ottica geometrica Ipotesi fondamentale dell ottica geometrica La luce è costituita da raggi luminosi che si propagano in linea retta Oggi sappiamo che la luce è costituita da fotoni i fotoni sono particelle che in alcuni casi possono comportarsi come onde la luce manifesta in alcune situazioni un comportamento corpuscolare e in altre un comportamento ondulatorio I raggi luminosi 1 I raggi luminosi Gli oggetti che vediamo possono essere trasparenti se si lasciano attraversare dalla luce opachi se non lasciano passare la luce Un oggetto opaco dà luogo a un ombra netta se la sorgente di luce è puntiforme crea una zona d ombra e una di penombra se la sorgente di luce è estesa 3 4 1

2 1 I raggi luminosi 2 La riflessione della luce La velocità della luce Velocità della luce nel vuoto, c c = ,458 km/s La riflessione della luce su una superficie liscia è detta riflessione speculare tutti i raggi riflessi si propagano nella stessa direzione In base alla teoria della relatività di Einstein, c è la velocità limite di tutti i corpi rappresenta una costante fondamentale della natura la velocità della luce in un mezzo è inferiore a c nell acqua la luce si propaga a circa km/s La riflessione della luce 2 La riflessione della luce La riflessione della luce su una superficie ruvida dà luogo a una riflessione diffusa o diffusione la luce riflessa è rimandata in varie direzioni 7 8 2

3 2 La riflessione della luce 3 Gli specchi piani Gli specchi piani 3 Gli specchi piani Proprietà delle immagini prodotte da specchi piani L immagine è diritta, ma, rispetto all oggetto, appare ribaltata la destra con la sinistra L immagine appare dietro allo specchio, alla stessa distanza dell oggetto dallo specchio L immagine ha la stessa dimensione dell oggetto

4 4 Gli specchi sferici 4 Gli specchi sferici In uno specchio concavo il fuoco si trova davanti allo specchio Gli specchi sferici IMMAGINE PRODOTTA DA UNO SPECCHIO SFERICO In uno specchio concavo i raggi incidenti divergono come se fossero originati dal fuoco F dietro lo specchio Specchio concavo La distanza dell oggetto dallo specchio è maggiore del raggio di curvatura L immagine è reale capovolta più vicina allo specchio rimpicciolita

5 IMMAGINE PRODOTTA DA UNO SPECCHIO SFERICO 4 Gli specchi sferici Specchio convesso L oggetto è posto a una certa distanza dallo specchio L immagine è virtuale diritta localizzata tra lo specchio e il fuoco rimpicciolita Gli specchi sferici La rifrazione è il cambiamento di direzione dei raggi luminosi quando passano da un mezzo con un certo indice di rifrazione a un mezzo con indice di rifrazione diverso La velocità della luce dipende dal mezzo in cui viaggia è determinata dall indice di rifrazione n del mezzo Velocità della luce in un mezzo con indice di rifrazione n

6 21 22 Se n 1 < n 2 il raggio rifratto si avvicina alla normale

7 Se n 1 > n 2 il raggio rifratto si allontana dalla normale Illusioni ottiche La rifrazione è responsabile di numerose illusioni ottiche comuni

8 Fisica e... tecnologia LE FIBRE OTTICHE LE FIBRE OTTICHE Le fibre ottiche sono un importante applicazione della riflessione totale Sono composte da un nucleo di vetro (core) diametro: mm n 1 = 1,5 un rivestimento esterno (cladding) diametro ~ 125 mm n 2 = 1,475 una guaina protettiva polimerica (jacket) fornisce resistenza agli stress fisici e alla corrosione evita il contatto fra la fibra e l ambiente esterno LE FIBRE OTTICHE LE FIBRE OTTICHE In una fibra ottica, la luce entra nel core con un angolo di incidenza superiore all angolo limite dei due materiali si propaga a zig-zag subendo una serie di riflessioni totali giunge infine all'altro estremo anche se la fibra è contorta o annodata Applicazioni delle fibre ottiche strumentazione medica (endoscopi, broncoscopi, ecc.) sistemi di telecomunicazioni possono trasportare migliaia di volte più informazioni della corrente elettrica in un filo per lunghe distanze

9 LE FIBRE OTTICHE 6 Le lenti Lenti convergenti e divergenti Una lente è uno strumento ottico che utilizza la rifrazione per deviare i raggi luminosi e formare un immagine Le lenti convergenti (convesse) fanno convergere i raggi nel fuoco Le lenti divergenti (concave) fanno divergere i raggi come se provenissero dal fuoco Le lenti 6 Le lenti

10 6 Le lenti IMMAGINE PRODOTTA DA UNA LENTE SOTTILE Se la lente è convergente, il tipo di immagine che si ottiene dipende dalla posizione dell oggetto IMMAGINE PRODOTTA DA UNA LENTE SOTTILE 6 Le lenti Se la lente è divergente l immagine è sempre virtuale diritta rimpicciolita Prova tu Costruisci l immagine prodotta da una lente sottile convergente nei casi in cui l oggetto si trova tra la lente e il fuoco l oggetto si trova nel fuoco

11 Il microscopio Un microscopio composto utilizza due lenti convergenti un obiettivo ha una distanza focale relativamente piccola forma un immagine reale, capovolta e ingrandita un oculare fornisce un immagine ingrandita ulteriormente L ingrandimento totale del microscopio è il prodotto degli ingrandimenti dell obiettivo e dell oculare Il telescopio Un telescopio produce un immagine ingrandita di oggetti lontani utilizzando un obiettivo e un oculare nel caso dei rifrattori un sistema di specchi e un oculare nel caso dei riflettori lo specchio forma un immagine che è poi ingrandita dall oculare i riflettori sono i telescopi con apertura (diametro dell obiettivo) maggiore i più grandi telescopi del mondo sono riflettori

12

13 8 La dispersione della luce e i colori 8 La dispersione della luce e i colori L indice di rifrazione dipende anche dalla lunghezza d onda della luce Lunghezze d onda diverse della luce visibile corrispondono a colori diversi l insieme di questi colori va dal rosso (750 nm) al violetto (400 nm) e prende il nome di spettro I colori sono rifratti in misura diversa minore è la lunghezza d onda, maggiore è l indice di rifrazione questo fenomeno è chiamato dispersione della luce Fisica e... scienze naturali L ARCOBALENO L ARCOBALENO L arcobaleno è causato dalla dispersione della luce nelle goccioline di pioggia è un esempio naturale di dispersione della luce Quando la luce entra in una goccia è separata nelle sue componenti dal rosso al violetto è riflessa dalla parte posteriore della goccia infine viene rifratta subendo un altra dispersione quando lascia la goccia

14 L ARCOBALENO L ARCOBALENO La luce violetta (maggiormente deviata) è spostata di 40 dalla direzione di provenienza La luce rossa (deviata di meno) emerge a 42 rispetto alla direzione iniziale

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