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, 20090 Segrate (Milano) web page: http://wwwsrf.mi.infn.it/members/pagani carlo.pagani@unimi.it
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 = - 273.15 C Carlo Pagani 2
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
Onde meccaniche Carlo Pagani 4
Onde meccaniche - 2 Carlo Pagani 5
Carlo Pagani 6 Onde elettromagnetiche 2 2 2 2 2 ), ( 1 ), ( t t x E x t x E c 2 2 2 2 2 ), ( 1 ), ( t t x B x t x B c
Spettro elettromagnetico Natura corpuscolare quanti di luce E h h = 6.63x10-34 J s = = 4.14x10-15 ev s 1 ev = 1.6 10-19 J Carlo Pagani 7
Luce visibile Luce visibile Luce visibile = 400 700 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... 88 Microscopia e astronomia sono cominciate con osservazioni nel visibile Carlo Pagani 8
Carlo Pagani 9 Decomposizione della luce bianca 2 0 0 0 0 ) ( 1 1 1 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 2.99792458 8
Legge del corpo nero Carlo Pagani 10
Sole e lampada a incandescenza Carlo Pagani 11
Trasparenza dell'atmosfera
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
Occhio umano: suoi componenti Carlo Pagani 14
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
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
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 )
Meccanismo della rifrazione Carlo Pagani 18
Esempi di rifrazione n 1 <n 2 n 1 >n 2
Riflessione interna totale caso n1>n2: il raggio rifratto scompare quando l'angolo incidente q1 supera un angolo critico: sin( c )=n 2 /n 1 2020
Principio di Huygens Riflessione Rifrazione Carlo Pagani 21
Principio di Fermat Riflessione Rifrazione Carlo Pagani 22
Assorbimento Sorgenti secondarie Riflessione Diffusione Rifrazione Carlo Pagani 23
Dispersione, rifrazione e riflessione Arcobaleno Carlo Pagani 24
Specchi sferici - 1 Carlo Pagani 25
Figure varie Carlo Pagani 26
Specchi piani e sferici Carlo Pagani 27
Specchi sferici - 2 Carlo Pagani 28
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
Superfici diottriche Carlo Pagani 30
Lenti sottili ( F 2 F ; F 1 F ; n 1 = n 3 ) Carlo Pagani 31
Punto prossimo e Microscopio Carlo Pagani 32
Telescopi a rifrazione e riflessione Carlo Pagani 33
Interferenza 2 fenditure Carlo Pagani 34
Diffrazione da singola fenditura - 1 Carlo Pagani 35
Diffrazione e fasori Carlo Pagani 36
Diffrazione da singola fenditura - 2 Carlo Pagani 37
Diffrazione e Interferenza 2 fenditure - 1 Carlo Pagani 38
Diffrazione e Interferenza 2 fenditure - 2 Carlo Pagani 39
Diffrazione da foro circolare Carlo Pagani 40
Angolo minimo di risoluzione Carlo Pagani 41
Criterio di Rayleigh Carlo Pagani 42
Diffrazione da oggetti opachi Carlo Pagani 43
Interferometro di Michelson Carlo Pagani 44
Anelli di Newton Carlo Pagani 45
Interferenza N fenditure - 1 Carlo Pagani 46
Interferenza N fenditure - 2 Carlo Pagani 47
Interferenza e diffrazione Spettroscopia Carlo Pagani 48
Vari colori su reticolo Carlo Pagani 49
Diffrazione di raggi X Carlo Pagani 50
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
Polarizzazione Carlo Pagani 52
Polarizzazione - Angolo di Brewster Carlo Pagani 53
Birifrangenza Carlo Pagani 54