UNITÀ TRE LUCE E COLORI

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1 DISPENSE DI SCIENZE CLASSI PRIME SCUOLA SAN LUIGI GARBAGNATE MILANESE corso del prof. Michele Liati UNITÀ TRE LUCE E COLORI anno scolastico

2 Nota: La presente unità corrisponde all'unità 18 del volume A del testo Accademia delle Scienze. Contiene schede integrative e di approfondimento, riassunti e mappe concettuali e, in generale, tutto quello che è stato spiegato e fatto durante le lezioni di scienze, pertanto costituisce un utile strumento per prepararsi alle interrogazioni e alle verifiche. Queste dispense NON SOSTITUISCONO il libro di testo. Inoltre le parti più importanti sono tutte in STAMPATELLO, quindi ben leggibili anche per chi presenta maggiori difficoltà con i caratteri stampati. Legenda dei colori: pagine con riquadro rosso : contengono gli argomenti più importanti da studiare. pagine con riquadro blu : costituiscono parti di approfondimento pagine con riquadro verde: descrivono esperienze pratiche fatte in classe pagine con riquadro arancio: contengono riassunti e mappe

3 SORGENTI DI LUCE E CORPI ILLUMINATI: I FENOMENI OTTICI (DELLA LUCE) LA LUCE = E' UNA FORMA DI ENERGIA, EMESSA DA ALCUNI CORPI, DETTI SORGENTI LUMINOSE, CHE SI PROPAGA NELLO SPAZIO (ANCHE NEL VUOTO). ESEMPI DI SORGENTI LUMINOSE: NATURALI: SOLE, STELLE, FUOCO, ETC. ARTIFICIALI: LAMPADINA, TORCIA, ETC. GLI ALTRI CORPI CHE NON SONO SORGENTI LUMINOSE, SONO CORPI ILLUMINATI, E SONO VISIBILI SOLO QUANDO VENGONO COLPITI DALLA LUCE. I CORPI ILLUMINATI SI DIVIDONO IN: - CORPI TRASPARENTI, SE SI LASCIANO ATTRAVERSARE COMPLETAMENTE DALLA LUCE (ESEMPIO: VETRO, ARIA, ACQUA) - CORPI TRASLUCIDI, SE SI LASCIANO ATTRAVERSARE PARZIALMENTE DALLA LUCE. (ESEMPIO: VETRO SMERIGLIATO, CARTA OLEATA) - CORPI OPACHI, SE NON SI LASCIANO ATTRAVERSARE DALLA LUCE. (ESEMPIO: LEGNO, METALLO, ROCCIA ETC) I CORPI OPACHI DIFFONDONO GENERALMENTE LA LUCE CHE RICEVONO, ALCUNI INVECE LA RIFLETTONO (SPECCHI, SUPERFICI RIFLETTENTI) 1

4 MAPPA CONCETTUALE LA LUCE SORGENTI LUMINOSE CORPI ILLUMINATI NATURALI TRASPARENTI ARTIFICIALI TRASLUCIDI OPACHI CHE DIFFONDONO LA LUCE CHE RIFLETTONO LA LUCE 2

5 LA LUCE SI PROPAGA IN LINEA RETTA PROPRIETA' DELLA LUCE PROPAGAZIONE IN LINEA RETTA DA QUESTA PROPRIETA' ORIGINA IL FENOMENO DELLE OMBRE (E PENOMBRE) LA FORMAZIONE DELL'OMBRA QUANDO UN CORPO OPACO VIENE COLPITO DALLA LUCE DI UNA SORGENTE PUNTIFORME (CIOE' CON DIMENSIONI MOLTO PICCOLE) LA PARTE DEL CORPO RIVOLTA VERSO LA SORGENTE RISULTA ILLUMINATA, MENTRE LA PARTE OPPOSTA NON E' ILLUMINATA. DIETRO IL CORPO SI FORMA UN CONO D'OMBRA CHE POSSIAMO VEDERE PROIETTATO SU UNO SCHERMO O UNA PARETE. LA LUCE NON AGGIRA L'OSTACOLO COME FAREBBE INVECE IL SUONO. LA FORMAZIONE DELLA PENOMBRA QUANDO UN CORPO OPACO VIENE COLPITO DALLA LUCE DI UNA SORGENTE ESTESA (CIOE' NON PUNTIFORME) DIETRO IL CORPO SI FORMA SIA UNA ZONA DI OMBRA SIA UNA ZONA DI PENOMBRA (PARZIALMENTE ILLUMINATA). QUESTO ACCADE PERCHE' LA SORGENTE ESTESA PUO' ESSERE PENSATA COME UN INSIEME DI SORGENTI PUNTIFORMI, E ALCUNE ZONE IN OMBRA RISPETTO AD ALCUNI PUNTI DELLA SORGENTE SONO INVECE ILLUMINATI DAGLI ALTRI PUNTI DELLA SORGENTE. 3

6 PROPRIETA' DELLA LUCE ASSORBIMENTO E DIFFUSIONE QUANDO LA LUCE COLPISCE UN CORPO OPACO QUESTA VIENE ASSORBITA DAL CORPO, MA VIENE POI RIEMESSA IN TUTTE LE DIREZIONI, OVVERO DIFFUSA. E' GRAZIE AL FENOMENO DELLA DIFFUSIONE CHE NOI VEDIAMO I CORPI ILLUMINATI. CORPI NERI, BIANCHI E COLORATI. CORPI NERI: SE LA LUCE E' COMPLETAMENTE ASSORBITA DAL CORPO, IL CORPO APPARE NERO. CORPI BIANCHI: SE QUASI TUTTA LA LUCE E' DIFFUSA DAL CORPO QUESTO APPARE BIANCO. CORPI COLORATI: LA LUCE E' COMPOSTA DI DIVERSI COLORI, QUANDO UN CORPO ASSORBE QUASI TUTTE LA LUCE, MA DIFFONDE IN TUTTO LO SPAZIO CIRCOSTANTE SOLO UN DETERMINATO COLORE (O INSIEME DI COLORI) APPARE COLORATO. 4

7 Esperienza fatta in classe LA CAMERA OSCURA: LUCE E IMMAGINI Una Camera oscura può essere costruita molto semplicemente con una scatola chiusa qualsiasi: su un lato della scatola pratichiamo un piccolo foro. Dalla parte opposta ricaviamo una apertura più ampia, rettangolare che faccia da schermo e incolliamoci una carta di materiale traslucido (ad esempio della carta da forno). Se facciamo passare della luce attraverso il foro (ad esempio la luce di una torcia) vedremo l'immagine della luce comporsi in fondo allo 'schermo' della camera oscura. Muovendo la luce davanti al foro possiamo verificare che l'immagine della luce andrà a proiettarsi dalla parte opposta (se la luce è in alto, l'immagine è in basso e viceversa). Questo pare abbastanza ovvio se pensiamo che la luce è costretta a passare attraverso il piccolo foro e che viaggia in linea retta. Ma questo fenomeno diventa più interessante se posizioniamo davanti alla camera oscura un qualunque oggetto che proviamo ad illuminare con una sorgente. La luce diffusa dall'oggetto entra nella camera oscura attraverso il foro, ma l'immagine che si compone sullo schermo risulta capovolta. La camera oscura è alla base della fotografia, ma anche il nostro occhio funziona in modo simile. 5

8 PROPRIETA' DELLA LUCE LA RIFLESSIONE CORPI RIFLETTENTI: ALCUNI CORPI (GENERALMENTE CON SUPERFICI LEVIGATE ) QUANDO VENGONO COLPITI DALLA LUCE, NON LA DIFFONDONO IN TUTTE LE DIREZIONI, MA LA RIFLETTONO IN UNA UNICA DIREZIONE DIFFERENZA TRA DIFFUSIONE E RIFLESSIONE: DIFFUSIONE: LA LUCE E' RIEMESSA IN TUTTE LE DIREZIONI RIFLESSIONE: LE LUCE E' RIEMESSA IN UN'UNICA DIREZIONE, SECONDO LE LEGGE SEGUENTE LEGGE DELLA RIFLESSIONE DIRIGIAMO UN FASCIO DI LUCE (CHE SI PROPAGA IN LINEA RETTA) VERSO UNA SUPERFICIE RIFLETTENTE. IL RAGGIO DI LUCE CHE COLPISCE LA SUPERFICIE VIENE DETTO RAGGIO INCIDENTE, E FORMA CON LA RETTA PERPENDICOLARE (VERTICALE) ALLA SUPERFICIE RIFLETTENTE UN ANGOLO DETTO INCIDENTE. IL RAGGIO DI LUCE CHE RIMBALZA SULLA SUPERFICIE E' DETTO RAGGIO RIFLESSO, E FORMA CON LA RETTA PERPENDICOLARE UN ANGOLO DETTO RIFLESSO. ANGOLO INCIDENTE E ANGOLO RIFLESSO SONO SEMPRE UGUALI (E APPARTENGONO AD UNO STESSO PIANO, SONO CIOE' COMPLANARI). LE LEGGI DELLA RIFLESSIONE SONO ALLA BASE DELLA FORMAZIONE DELLE IMMAGINI RIFLESSE, IMMAGINI VIRTUALI CIOE' NON REALI CHE SEMBRANO RICOSTRUIRSI DIETRO LA SUPERFICIE DELLO SPECCHIO. 6

9 PROPRIETA' DELLA LUCE LA RIFRAZIONE IL FENOMENO DELLA RIFRAZIONE SI CREA QUANDO LA LUCE PASSA DA UN MEZZO TRASPARENTE AD UN ALTRO MEZZO TRASPARENTE: LA LUCE DEVIA DAL SUO PERCORSO ORIGINARIO. LEGGE DELLA RIFRAZIONE QUANDO LA LUCE PASSA DA UN MEZZO MENO DENSO AD UNO PIU' DENSO (ARIA-ACQUA) LA LUCE DEL RAGGIO RIFRATTO SI AVVICINA ALLA PERPENDICOLARE (L'ANGOLO DIMINUISCE) QUANDO LA LUCE PASSA DA UN MEZZO PIU' DENSO AD UNO MENO DENSO (ESEMPIO: ACQUA-ARIA) LA LUCE DEL RAGGIO RIFRATTO SI ALLONTANA DALLA PERPENDICOLARE (L'ANGOLO AUMENTA) RIFLESSIONE TOTALE : SI VERIFICA QUANDO L'ANGOLO RIFRATTO E' TANTO AMPIO CHE LA LUCE NON RIESCE A SFUGGIRE AL PRIMO MEZZO, E VIENE SOLO RIFLESSA. 7

10 Esperienza fatta in classe VERIFICA DELLE LEGGI DELLA RIFLESSIONE E DELLA RIFRAZIONE Utilizziamo una vasca di plastica trasparente. La riempiamo di acqua. Sul fondo della vasca posizioniamo uno specchio. Sulla parete posteriore della vasca, esternamente, posizioniamo un goniometro di carta, in modo da poter misurare gli angoli formati dai fasci di luce. Con una torcia facciamo entrare nell'acqua un fascio di luce, orientandolo verso il centro dello specchio, e quindi verso il centro del goniometro. Verifichiamo che l'angolo riflesso è uguale all'angolo incidente. Con la stessa esperienza verifichiamo che il raggio rifratto devia rispetto direzione incidente e quindi alla verticale entrando nell'acqua. 8

11 Esperienza fatta in classe ESPERIENZA DELLA MONETA CHE 'GALLEGGIA'. Prendiamo un contenitore non molto alto. Mettiamo sul fondo del contenitore una moneta. Ora poniamoci in una posizione in cui non possiamo vedere la moneta perché nascosta dal bordo del recipiente. Manteniamo questa posizione e riempiamo o facciamo riempire da qualcun altro il recipiente o dell'acqua. Notiamo che man mano che l'acqua riempie il recipiente la moneta riappare come se galleggiasse nell'acqua. Spiegazione In realtà la moneta è rimasta sul fondo del recipiente. Noi riusciamo a vederla per il fenomeno della rifrazione. La luce diffusa dalla moneta (che costituisce la sua immagine) si propaga in tutte le direzioni, e uscendo dall'acqua, passando in un mezzo meno denso, devia verso il basso e giunge fino al nostro occhi superando il bordo del recipiente. Il nostro occhio vede la moneta come se si trovasse più in alto, ovvero sul pelo dell'acqua. bacchette 'spezzate' nell'acqua. Il fenomeno della rifrazione è all'origine di un altro fenomeno molto comune: se mettiamo una bacchetta o una matita nell'acqua, questa ci appare piegata o spezzata. Questo appunto perché l'immagine della matita immersa nell'acqua giunge al nostro occhio dopo aver deviato di un certo angolo. 9

12 PROPRIETA' DELLA LUCE LA DISPERSIONE IL FENOMENO DELLA DISPERSIONE E' UNA CONSEGUENZA DELLA RIFRAZIONE. LA LUCE COME VISTO DEVIA PASSANDO IN UN MEZZO PIU' DENSO. LA LUCE E' COMPOSTA DA DIVERSI COLORI. OGNI COLORE DEVIA CON DIVERSI ANGOLI, PIU' O MENO AMPI. PER IL FENOMENO DELLA RIFRAZIONE E' QUINDI POSSIBILE SCOMPORRE LA LUCE NEI SUOI DIVERSI COLORI. QUESTO PUO' ESSERE OTTENUTO PER ESEMPIO FACENDO PASSARE LA LUCE ATTRAVERSO UN PRISMA DI VETRO. 10

13 Esperienza fatta in classe LA DISPERSIONE DELLA LUCE l'arcobaleno in classe Per questa esperienza utilizziamo una boccia di vetro, che riempiamo di acqua, ed una torcia elettrica. Dopo aver fatto un po' di buio nella stanza, facciamo passare la luce della torcia attraverso l'acqua contenuta nella boccia, dal basso verso l'alto, in modo che la luce uscendo dall'acqua attraversi anche il vetro. Sulla parete opposta si forma una curva di colori simile ad un arcobaleno. Spiegazione l'arcobaleno ovvero la scomposizione della luce nei suoi diversi colori - è prodotto dall'acqua e dal vetro. i quali - per il fenomeno della rifrazione - deviano i diversi colori con angoli differenti. 11

14 MAPPA CONCETTUALE FENOMENI DELLA LUCE ASSORBIMENTO E DIFFUSIONE I corpi opachi assorbono e riemettono la luce RIFLESSIONE I corpi riflettenti (specchi) riflettono la luce con angoli uguali RIFRAZIONE La luce devia passando da un mezzo trasparente ad un altro mezzo trasparente con densità differente DISPERSIONE La luce viene scomposta nei diversi colori 12

15 COS'E' LA LUCE LA LUCE E' COSTITUITA DA ONDE ELETTROMAGNETICHE E RAPPRESENTA SOLO UNA PICCOLA PARTE DELL'INTERO SPETTRO ELETTROMAGNETICO. (per spettro s'intende l'insieme delle diverse frequenze che possono avere le onde elettromagnetiche). VELOCITA' DELLA LUCE : LE ONDE ELETTROMAGNETICHE SI MUOVO NEL VUOTO CON UNA VELOCITA' DI CIRCA 300 MILA CHILOMETRI AL SECONDO. E' LA MASSIMA VELOCITA' RAGGIUNGIBILE. NIENTE PUO' SUPERARE LA VELOCITA' DELLA LUCE. I VARI COLORI DELLA LUCE VISIBILE CORRISPONDONO A DIVERSE FREQUENZE (E QUINDI LUNGHEZZA D'ONDA) DELLE ONDE ELETTROMAGNETICHE. ALTRE ONDE ELETTROMAGNETICHE SONO: - ONDE RADIO - MICROONDE - ONDE NELL'INFRAROSSO - ONDE NELL'ULTRAVIOLETTO - RAGGI X - RAGGI GAMMA AL CRESCERE DELLE FREQUENZA (DIMINUIRE DELLA LUNGHEZZA D'ONDA) CRESCE L'ENERGIA DELLE ONDE ELETROMAGNETICHE 13

16 MAPPA CONCETTUALE LA LUCE VISIBILE E' SOLO UNA PICCOLA PARTE DELLO SPETTRO ELETTROMAGNETICO SE CRESCE LA FREQUENZA CRESCE L'ENERGIA DELL'ONDA COMPOSIZIONE DELLO SPETTRO ELETTROMAGNETICO ONDE RADIO MICROONDE INFRAROSSO Maggiore frequenza Minore lunghezza d'onda Maggiore energia LUCE VISIBILE ULTRAVIOLETTO RAGGI X RAGGI GAMMA 14

17 VIDEO VISTI IN CLASSE E CONSIGLIATI Consiglio la visione dei seguenti video sulla luce e i colori : Luce e colori - 1 (clicca sul link esterno per vedere il video) Luce e colori - 2 (clicca sul link esterno per vedere il video) Luce e colore (clicca sul link esterno per vedere il video) 15