Cos è la luce? Onda (R. Hooke; C.Huygens -1678) Fascio di Particelle (I. Newton Optiks 1704 ) 1. Fenomeno oscillatorio dove non c è propagazione di materia ma solo di energia 2. Aggira gli ostacoli 3. Segue anche traiettorie non rettilinee 1. Si propaga in linea retta 2. Contorni netti delle ombre 3. Non aggira gli ostacoli
Cosa è la luce? Come si comporta la luce? Per il momento non risponderemo a questa domanda, perché sarebbe più corretto chiedere: quale modello è più efficace per descrivere il comportamento della luce in un dato esperimento? La risposta dipende dalle condizioni dell esperimento. Utilizzeremo invece un modello di lavoro. Supporremo di essere capaci di isolare un componente elementare della luce, un fascio infinitesimo che chiameremo raggio luminoso, e penseremo alla luce come decomponibile nei suoi raggi
Raggio di luce dimensione trasversale distanza percorsa Raggio luminoso: cono di luce la cui dimensione trasversale sia molto piccola rispetto alle distanza percorsa negli esperimenti di nostro interesse. E rappresentato da una freccia orientata nel verso della propagazione
Sorgenti puntiformi Da una sorgente puntiforme escono raggi di luce in tutte le direzioni
Sorgenti estese Ogni punto di un oggetto esteso, sia esso una sorgente che emette luce propria, sia esso un corpo che diffonde luce di riflesso, può essere considerato una sorgente puntiforme. Sorgente estesa che emette Corpo esteso che diffonde
Si produce un raggio riflesso per ogni raggio che incide sulla superficie di separazione di due mezzi a differente densità ottica α = β α β Aria Metallo Legge della riflessione per un raggio singolo L angolo che il raggio incidente forma con la normale è uguale all angolo che forma con essa il raggio riflesso. Normale, raggio incidente e raggio riflesso appartengono allo stesso piano.
i i Retroriflettore Lo Stealth F117 Nessun angolo di 90 e coda a farfalla!
La formazione delle immagini S Metallo Legno S Superficie liscia: Riflessione Le normali sono tutte parallele e così i prolungamenti dei raggi uscenti da ogni punto dell oggetto convergono in un altro punto ideale oltre la superficie Superficie irregolare: Diffusione Le normali hanno direzioni casuali e così sono casuali anche le relazioni fra le direzioni dei raggi uscenti
La legge della rifrazione i 1 i 1 Aria Vetro i 2 1: da dove vengo 2: dove vado n 1 sen i 1 = n 2 sen i 2
Nel modello ondulatorio rallentiamo la luce! veloce veloce lenta lenta Da veloce a lenta : Da lenta a veloce : la direzione di propagazione la direzione di propagazione si avvicina alla norma l e si all ontana dalla nor m ale
Entrando in un mezzo più denso, la luce rallenta. Questo fa sì che il raggio si avvicini alla normale. Il numero n si chiama indice di rifrazione del materiale n acquia =1.33 n vetro =1.51 c = 300000 Km/s v = c/n v vetro = c/n vetro = 300000/1.51 = 198675 Km/s v acqua = c/n acqua = 300000/1.33 = 225564 Km/s
Misuriamo l indice di rifrazione del plexiglass con la mezzaluna
Esperienza 1 O S tot v u
Esperienza 2 S 1 segmento 1 segmento 2 rapporto S 1 Q 1 = T 1 R 1 = T 1 R 1 / S 1 Q 1 = S 2 Q 2 = T 2 R 2 = T 2 R 2 / S 2 Q 2 = S 3 Q 3 = T 3 R 3 = T 3 R 3 / S 3 Q 3 = S 4 Q 4 = T 4 R 4 = T 4 R 4 / S 4 Q 4 = S 5 Q 5 = T 5 R 5 = T 5 R 5 / S 5 Q 5 =
Riflessione totale ed angolo limite Raggio riflesso i lim S Raggio rifratto Solo se si passa da un mezzo più denso ad uno meno denso: i lim = arcsen(1/n) = arcsen(1/1.48) = 42.25
Prisma deviatore ed invertitore Prisma deviatore Prisma invertitore b l u blu blu rosso
Fibra ottica Fibra ottica Acqua
La dispersione della luce La luce bianca risulta composta di colori, componenti che hanno differente velocità nei mezzi otticamente densi: v = c/n il rosso è di poco più veloce, il blu di poco più lento e così la rifrazione cambia. luce bianca rosso arancione giallo verde blu indaco violetto
Maggiori sono le differenze, più efficacemente i colori sono mostrati Vetro Acqua Diamante Zirconia Cubica Rosso 1.514 1.331 2.410 2.220 Giallo 1.517 1.333 2.417 2.230 Blu 1.523 1.340 2.450 2.280
Fate un prisma d acqua
L ARCOBALENO i r 4r -2i C Dato che r dipende dai colori anche l angolo di deviazione 4r -2i dipende dai colori
Se i = 60 la deviazione è massima! i r deviaz. 0 0 0 rosso 42.4 10 7.8 10 20 14.8 19.2 bianco 30 22.0 28.0 40 28.7 34.8 50 35.0 40.0 violetto 40.65 Qui non arriva luce 60 40.4 41.6 70 44.7 38.8 80 47.4 29.6 Il rosso è sempre più deviato del violetto
Si crea un cono di 42 42.4
Quindi ogni goccia trasmette un solo colore Il rosso sta all esterno
Ma perché un arco? E su un cono con centro nell osservatore che l angolo di deviazione rimane sempre 42. Se non ci fosse la Terra vedremmo un cerchiobaleno. Ognuno vede il proprio arcobaleno personale che lo segue man mano che si sposta. E impossibile vedere l arcobaleno di taglio! 42.4 Più basso è il Sole più alto è l arcobaleno
Arcobaleno
Immagine reale: Nel punto dove è localizzata c è effettivamente luce e la presenza di un osservatore è ininfluente. L immagine reale può essere proiettata su di una superficie e manipolata. E un immagine reale quella sullo schermo del cinema Le immagini Immagine virtuale: Si forma nella nostra mente ma dove è localizzata non c è in realtà luce. L immagine virtuale esiste solo se c è un osservatore ad intercettarne i raggi. Sono virtuali le immagini prodotte dagli specchi piani.
h o La lente biconvessa e lo specchio concavo creano immagini reali f F 1 F 2 h i p q Nel punto circolettato si è ricreato il punto originale da cui dipartivano i raggi. E un immagine reale: se pongo uno schermo la catturo
L occhio Cristallino Cornea Umore Vitreo Retina
Mirage