Unità 9 I raggi luminosi
1. La luce La luce è un'onda elettromagnetica, ma per studiare alcuni fenomeni ottici basta considerarla un insieme di raggi luminosi. Un raggio luminoso è un fascio di luce molto sottile che si propaga in linea retta.
Le sorgenti di luce I corpi luminosi o sorgenti di luce sono quelli che emettono luce. I corpi illuminati ricevono i raggi luminosi e li diffondono in tutte le direzioni fino ai nostri occhi. Corpi illuminati: opachi: non fanno passare i raggi; trasparenti: fanno passare i raggi; traslucidi: fanno passare la luce ma non si vede la sorgente (es. carta, vetro smerigliato)
La propagazione rettilinea della luce Mettiamo una moneta davanti ad una sorgente luminosa. L'esperimento conferma che i raggi luminosi si propagano in linea retta.
La propagazione rettilinea della luce La propagazione rettilinea è confermata anche dal fenomeno delle eclissi di Sole: quando la Luna scherma i raggi solari, nel cono d'ombra c'è l'eclissi totale, nella zona in penombra l'eclissi parziale.
La velocità della luce La luce si propaga in tutti i mezzi trasparenti e anche nel vuoto. Nel Sistema Internazionale la velocità della luce nel vuoto è Nell'aria la luce viaggia a velocità molto vicine a c, perciò si può usare per vuoto e aria: Nella teoria della relatività c è la massima velocità raggiungibile in natura.
3. La riflessione e lo specchio piano Inviando un raggio luminoso su una lamina metallica liscia, da essa emerge un raggio riflesso.
La riflessione e lo specchio piano Leggi sperimentali della riflessione: Prima legge: il raggio incidente, il raggio riflesso e la perpendicolare alla superficie nel punto d'incidenza sono rette sullo stesso piano. Seconda legge: l'angolo d'incidenza e l'angolo di riflessione sono uguali. Le due leggi sono valide anche per superfici irregolari, da cui la luce viene diffusa in ogni direzione.
Lo specchio piano Le leggi della riflessione spiegano come si forma l'immagine di un oggetto riflessa da uno specchio piano.
Lo specchio piano I due triangoli grigi sono congruenti per il secondo criterio. Perciò d = d'. L'immagine riflessa è: virtuale (in quel punto non c'è); simmetrica rispetto all'oggetto reale.
7. La rifrazione Un oggetto immerso parzialmente nell'acqua ci appare spezzato: questo perché i raggi luminosi deviano il loro percorso quando passano da un mezzo trasparente all'altro. Questo fenomeno è detto rifrazione.
La rifrazione
L'indice di rifrazione Quando c'è rifrazione c'è anche un raggio riflesso che per semplicità non si disegna. Il fenomeno della rifrazione dipende dall'indice di rifrazione di ciascun mezzo:
Le leggi della rifrazione Leggi sperimentali della rifrazione Prima legge: il raggio incidente, il raggio rifratto e la perpendicolare alla superficie nel punto d'incidenza sono rette sullo stesso piano. Seconda legge: il rapporto tra il seno dell'angolo d'incidenza e il seno dell'angolo di rifrazione è uguale al rapporto tra l'indice di rifrazione del secondo mezzo e quello del primo.
Le leggi della rifrazione Fenomeno dell'immagine spezzata: la deviazione dei raggi nel passaggio acqua-aria determina una posizione apparente della sorgente (l'oggetto) diversa da quella reale, data dai prolungamenti dei raggi luminosi.
La dispersione della luce La scomposizione cromatica di un fascio di luce bianca fu studiata da Isaac Newton. La luce bianca è la sovrapposizione dei diversi colori dello spettro.
La dispersione della luce La dispersione cromatica è dovuta al fatto che l'indice di rifrazione di ogni sostanza trasparente dipende dal colore della luce che la attraversa. Ogni raggio subisce due rifrazioni, una in entrata e una in uscita dal prisma. (δ=angolo di deviazione) Arcobaleno: dispersione dei raggi solari da parte delle gocce di pioggia.
8. La riflessione totale Un raggio di luce passa dal vetro all'aria: c'è il raggio rifratto e un debole raggio riflesso.
La riflessione totale L'angolo limite è quell'angolo d'incidenza per cui l'angolo di rifrazione è uguale a 90. Per incidenze oltre l'angolo limite, si ha riflessione totale. Il fenomeno si ha quando il primo mezzo ha un indice di rifrazione maggiore del secondo. Nel diamante la luce subisce molte riflessioni totali prima di uscire.
La riflessione totale Se il secondo mezzo è l'aria si hanno i seguenti valori (luce gialla). Immagini apparenti di oggetti nell'aria,visti dall'acqua, dovute alla riflessione totale.