Università degli Studi di Milano. Dipartimento di Fisica Corso di laurea triennale in FISICA. Anno accademico 2013/14. Figure utili da libri di testo

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1 Università degli Studi di Milano Dipartimento di Fisica Corso di laurea triennale in FISICA Anno accademico 2013/14 Figure utili da libri di testo Onde & Oscillazioni Corso A Studenti con il cognome che inizia dalla A alla G Carlo Pagani Dipartimento di Fisica Laboratorio LASA Via F.lli Cervi 201, Segrate (Milano) web page: carlo.pagani@unimi.it

2 Oscillazioni - 1 Sono fenomeni fisici in cui un sistema fisico, o anche una grandezza fisica (scalare o vettoriale) oscilla in funzione del tempo nell'intorno di un punto (o valore) nel quale (o per il quale) l'energia potenziale presenta un minimo. y x z In un solido, ad una qualunque temperatura T > 0 [K], tutti gli atomi oscillano nell intorno di una posizione di equilibrio. L energia associata a queste oscillazioni determina la temperatura del corpo. Le posizioni intorno alle quali gli atomi oscillano sono quella a energia minima. Se gli atomi non oscillano la temperatura T del corpo è T = 0 K = C Carlo Pagani 2

3 Carlo Pagani 3 Oscillazioni - 2 x(t) i(t) Equazione dell oscillazione 0 ) ( ) ( ) ( 2 2 t x k t t x b t t x m 0 ) ( 1 ) ( ) ( 2 2 t i C t t i R t t i L

4 Onde meccaniche Carlo Pagani 4

5 Onde meccaniche - 2 Carlo Pagani 5

6 Carlo Pagani 6 Onde elettromagnetiche ), ( 1 ), ( t t x E x t x E c ), ( 1 ), ( t t x B x t x B c

7 Spettro elettromagnetico Natura corpuscolare quanti di luce E h h = 6.63x10-34 J s = = 4.14x10-15 ev s 1 ev = J Carlo Pagani 7

8 Luce visibile Luce visibile Luce visibile = nm Nel 1666 Newton disperde la luce bianca con un prisma Possiamo associare ad ogni colore un intervallo di lunghezza d'onda Il visibile è prodotto da transizioni degli elettroni di atomi e molecole (es. lampade fluorescenti) e da corpi molto caldi (es. lampade a filamento) Applicazioni Microscopia e astronomia sono cominciate con osservazioni nel visibile Carlo Pagani 8

9 Carlo Pagani 9 Decomposizione della luce bianca ) ( B A n n n c c r r r r v Radiazione a maggiore va più veloce ed è deviata meno Radiazione a minore va più lenta ed è deviata di più s m c /

10 Legge del corpo nero Carlo Pagani 10

11 Sole e lampada a incandescenza Carlo Pagani 11

12 Trasparenza dell'atmosfera

13 Sensori di luce visibile: l'occhio umano La sensibilità dell occhio umano è maggiore nel colore verde, dov'è in grado di percepire più sfumature. La risposta di sensibilità dell'occhio umano tiene anche conto della trasparenza della cornea e del cristallino (scarsa al limite violetto-uv) Carlo Pagani 13

14 Occhio umano: suoi componenti Carlo Pagani 14

15 Occhio umano: sensibilità ai colori La retina è l organo sensibile alla luce ed è costituito da sensori detti coni e bastoncelli. I bastoncelli sono molto sensibili (basta piccola intensità) ma ciechi al colore. Determinano la luminosità e il contrasto. Sono molto importanti nella visione notturna. Di coni ve ne sono di tre tipi, ciascuno sensibile ad un differente blend di lunghezza d onda. I picchi di sensibilità sono circa Cono S (blu ~430 nm) Cono M (verde ~540 nm) Cono L (giallo ~570 nm) La sensazione di colore dipende dalle intensità relative registrate dai diversi sensori. Ad es. l'occhio riconosce il rosso quando l'intensità registrata dai coni L eccede di molto quella dei coni M Carlo Pagani 15

16 Leggi della riflessione (su una superficie liscia otticamente lavorata) raggio incidente, raggio riflesso e versore normale (=perpendicolare) alla superficie giacciono tutti nello stesso piano Piano di incidenza 1 = 1

17 Leggi della rifrazione anche il raggio rifratto sta nello stesso piano con i raggi incidente e riflesso e con la normale alla superficie n 1 sin( 1 ) = n 2 sin( 2 )

18 Meccanismo della rifrazione Carlo Pagani 18

19 Esempi di rifrazione n 1 <n 2 n 1 >n 2

20 Riflessione interna totale caso n1>n2: il raggio rifratto scompare quando l'angolo incidente q1 supera un angolo critico: sin( c )=n 2 /n

21 Principio di Huygens Riflessione Rifrazione Carlo Pagani 21

22 Principio di Fermat Riflessione Rifrazione Carlo Pagani 22

23 Assorbimento Sorgenti secondarie Riflessione Diffusione Rifrazione Carlo Pagani 23

24 Dispersione, rifrazione e riflessione Arcobaleno Carlo Pagani 24

25 Specchi sferici - 1 Carlo Pagani 25

26 Figure varie Carlo Pagani 26

27 Specchi piani e sferici Carlo Pagani 27

28 Specchi sferici - 2 Carlo Pagani 28

29 Lenti specchi e strumenti ottici microscopi, telescopi,... Sfruttando la rifrazione e la riflessione su superfici curve (di solito sferiche, spesso vetro-aria), si può deviare la luce, concentrarla, focalizzarla, defocalizzarla... Carlo Pagani 29

30 Superfici diottriche Carlo Pagani 30

31 Lenti sottili ( F 2 F ; F 1 F ; n 1 = n 3 ) Carlo Pagani 31

32 Punto prossimo e Microscopio Carlo Pagani 32

33 Telescopi a rifrazione e riflessione Carlo Pagani 33

34 Interferenza 2 fenditure Carlo Pagani 34

35 Diffrazione da singola fenditura - 1 Carlo Pagani 35

36 Diffrazione e fasori Carlo Pagani 36

37 Diffrazione da singola fenditura - 2 Carlo Pagani 37

38 Diffrazione e Interferenza 2 fenditure - 1 Carlo Pagani 38

39 Diffrazione e Interferenza 2 fenditure - 2 Carlo Pagani 39

40 Diffrazione da foro circolare Carlo Pagani 40

41 Angolo minimo di risoluzione Carlo Pagani 41

42 Criterio di Rayleigh Carlo Pagani 42

43 Diffrazione da oggetti opachi Carlo Pagani 43

44 Interferometro di Michelson Carlo Pagani 44

45 Anelli di Newton Carlo Pagani 45

46 Interferenza N fenditure - 1 Carlo Pagani 46

47 Interferenza N fenditure - 2 Carlo Pagani 47

48 Interferenza e diffrazione Spettroscopia Carlo Pagani 48

49 Vari colori su reticolo Carlo Pagani 49

50 Diffrazione di raggi X Carlo Pagani 50

51 Ultrafast coherent diffraction at FLASH Diffraction pattern from first pulse Diffraction pattern from second pulse break through for XFEL Reconstructed picture TEM picture from original structure Carlo Pagani 51

52 Polarizzazione Carlo Pagani 52

53 Polarizzazione - Angolo di Brewster Carlo Pagani 53

54 Birifrangenza Carlo Pagani 54