L'interferenza. Lezioni d'autore

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1 L'interferenza Lezioni d'autore

2 L'esperimento di Young (I) VIDEO

3 L'esperimento di Young (II) Una luce monocromatica illumina due piccole aperture su una lastra opaca. La stessa onda quindi è suddivisa in due sorgenti di luce coerenti. Su uno schermo si osserva l alternarsi di zone illuminate e di aree d ombra.

4 L'esperimento di Young (III) Considerando le onde sinusoidali aventi origine in S1 e S2, se queste arrivano in P sfasate di un angolo multiplo di 2 l interferenza risulta costruttiva, se invece 2 (r1-r2)/ è multiplo dispari di l interferenza è distruttiva. Nei termini della differenza dei cammini ottici le precedenti affermazioni si traducono per i massimi nella relazione: (r1-r2)=m, con m numero intero. Per i minimi: (r1-r2)= (2m+1)/2

5 L'esperimento di Young (IV) Un video che spiega l'esperimento con un'animazione VIDEO

6 Interferenza di particelle che attraversano due fenditure (I) Nella fisica quantistica, l introduzione del duplice aspetto ondulatorio e corpuscolare avviene generalmente descrivendo elettroni che attraversano due fenditure e che danno luogo a un comportamento analogo all interferenza della luce.

7 Interferenza di particelle che attraversano due fenditure (II) VIDEO

8 Interferenza di particelle che attraversano due fenditure (III) VIDEO

9 Interferenza di particelle che attraversano due fenditure (IV) Come detto, l esperimento ideale per introdurre la fisica quantistica può essere realizzato sperimentalmente seguendo l emergere delle figure di interferenza su appositi sistemi di misura che registrano le singole particelle sia nel caso di elettroni che di fotoni L emergere delle figure d interferenza al crescere del numero di particelle (fotoni) conteggiati in un esperienza con doppia fenditura: a) 272, b) 2240, c) d) Profilo dell intensità prevista teoricamente e verifica sperimentale

10 Dall interferenza alla diffrazione: anelli di Newton, lamine a zone e lente di Fresnel (I) Si appoggi su un vetro piano una lente leggermente convessa (figura 5) e si facciano aderire strettamente fra loro le due superfici per mezzo di una morsa (figura 6).

11 Dall interferenza alla diffrazione: anelli di Newton, lamine a zone e lente di Fresnel (II) La riflessione di una luce monocromatica mostra a un osservatore, in corrispondenza del punto di contatto dei due vetri, una macchia circolare nera circondata da anelli concentrici alternativamente luminosi e scuri: i cosiddetti anelli di Newton. Ruotando il dispositivo (figura 7) ed esaminando la luce trasmessa il fenomeno è inverso: al punto centrale illuminato segue una frangia scura, poi una luminosa e così via (figura 8). Fig 7 Apparato per lo studio degli anelli di Newton disposto per l osservazione della luce trasmessa Fig 8 Anelli di Newton: a) in luce riflessa, b) in luce trasmessa

12 Dall interferenza alla diffrazione: anelli di Newton, lamine a zone e lente di Fresnel (III) Gli anelli di Newton: un video che descrive come vederli VIDEO

13 Dall interferenza alla diffrazione: anelli di Newton, lamine a zone e lente di Fresnel (IV) La luce bianca, trasmessa o riflessa da questo sistema di lenti, produce anelli colorati. Fotografando gli anelli di Newton e stampandoli su di un lucido si ottiene una distribuzione di zone trasparenti alternate a zone opache: illuminando tale maschera (figura 9) è possibile che l interferenza costruttiva delle 'n' aperture possa intensificare l immagine di una sorgente monocromatica puntiforme S (posta a una distanza p dalla lamina) raccogliendola nel punto P su uno schermo (posto a una distanza q). Fig 9 Una sorgente luminosa nel punto S (che dista p dalla lamina a zone di Fresnel) porta alla formazione di un immagine nel punto P (distante q dalla lamina)

14 Dall interferenza alla diffrazione: anelli di Newton, lamine a zone e lente di Fresnel (V) A differenza delle lenti, la lamina a zone fornisce più immagini della sorgente. Il fenomeno si può interpretare assumendo per la lamina diverse distanze focali. Fresnel fu il primo a studiare le proprietà dell interferenza di n sorgenti coerenti con cammini separati da /2. In relazione a questi studi egli realizzò una lente leggerissima di grande distanza focale. A sinistra, una lente di Fresnel

15 Dall interferenza alla diffrazione: anelli di Newton, lamine a zone e lente di Fresnel (VI) Essa sfrutta le diverse rifrazioni del suo profilo frastagliato per ottenere gli stessi effetti di lenti convergenti di grandi dimensioni. Le zone della lamina sono sostituite nella lente da materiale rifrattivo. Nel 1822 Fresnel applicò per la prima volta questo principio per modificare una lente tradizionale, asportando zone di vetro secondo lo schema indicato nella figura. Realizzazione del profilo di una lente di Fresnel: si parte da una particolare lente sferica, priva di aberrazioni, e si eliminano dalla lente alcune zone in modo che i contorni rimanenti corrispondano a tre diverse lenti di dimensione decrescente, il processo viene quindi iterato fino ad ottenere un sottilissimo strato di materiale dai contorni apparentemente irregolari

16 Dall interferenza alla diffrazione: anelli di Newton, lamine a zone e lente di Fresnel (VII) Le lampade dei fari sfruttano la compattezza delle lenti di Fresnel. Nelle foto: a sinistra, il faro di Cape Meares in Oregon; a destra,un sistema di lenti per faro, conservato nel Museo del Faro di Point Arena in California

17 FINE Lezioni d'autore