LA
LUCE
Immaginiamo di avere una vasca piena di acqua in cui
galleggiano dei pezzettini di sughero.
La superficie dell’acqua sia perfettamente in quiete; i pezzettini
di sughero sono fermi.
I pezzettini di sughero, la superficie dell’acqua, costituiscono
un sistema meccanico in equilibrio.
Facciamo cadere un sassolino
in un certo punto della vasca.
Che cosa possiamo osservare ?
Un’onda si espande dal punto di caduta del sasso.
I pezzettini di sughero cominciano
ad oscillare su e giù in direzione
perpendicolare alla superficie dello
stagno.
Analizziamo che cosa è successo
La caduta del sasso (sorgente) ha prodotto una perturbazione
meccanica che nasce nel punto di caduta
La perturbazione provoca l’oscillazione
verticale) dei pezzetti di sughero
(in
direzione
La perturbazione nata nel punto di caduta è sentita prima dai
pezzetti di pezzetto più vicino e poi dagli altri.
La perturbazione si propaga (nel mezzo acqua) in direzione
radiale; l’oscillazione avviene in direzione perpendicolare alla
direzione di propagazione
Si dice che è una perturbazione trasversale
Il sasso (che ha una massa; proprietà meccanica) cadendo
altera l’equilibrio meccanico del sistema
La velocità di propagazione della perturbazione e l’ampiezza di
oscillazione dei pezzetti di sughero dipendono dalla massa e
dall’altezza da cui cade il sassolino e dalla viscosità dell’acqua
(caratteristiche meccaniche)
La perturbazione (meccanica) può essere studiata attraverso
l’analisi della posizione o della forza di richiamo (grandezze
meccaniche) dei pezzetti di sughero rispetto al pelo dell’acqua
all’equilibrio
In sintesi
- Esiste la sorgente meccanica della “perturbazione”
(la pietra che cade)
- La perturbazione si propaga in mezzo che ha certe
proprietà meccaniche
(viscosità, elasticità)
- La perturbazione viene rivelata attraverso una proprietà
meccanica
(posizione del pezzetto di sughero o forza di richiamo)
Se continuiamo a far cadere sassolini con una cadenza
opportuna (che dipende dalle viscosità dell’acqua) possiamo
mantenere in oscillazione tutti i pezzettini di sughero
contemporaneamente.
Se fotografiamo la quota (rispetto al pelo dell’acqua in equilibrio)
dei vari pezzetti di sughero ad un certo istante y=y(r) e la quota
di uno stesso pezzetto di sughero ad istanti successivi y=y(t), si
osserva che le posizione fotografate stanno su una curva ben
definita di tipo sinusoidale
r, t
La propagazione della perturbazione meccanica può essere
studiata attraverso un modello matematico che si dice
modello matematico ondulatorio o onda
Questo modello è comune ad altri tipi di perturbazioni anche
legate a altre proprietà dei sistemi fisici
La luce può essere trattata come è una perturbazione di natura
elettromagnetica, la cui propagazione può essere studiata
secondo un modello ondulatorio traversale
Perché la luce è perturbazione ?
Dal punto di vista della luce lo stato di equilibrio è il “BUIO”
Se sono in una stanza al “buio”, premendo il pulsante
dell’interruttore altero questo stato perché la stanza si illumina
Il filamento delle lampadina diventa incandescente,
lampadina diventa una sorgente luminosa.
E’ l’analogo del sasso gettato nello stagno
la
La lampadina emette “luce” perché la corrente che circola nel
filamento eccita lo stato energetico degli elettroni. Decadendo
(con frequenze1015Hz), perdono l’energia che gli è stata
fornita ed emettono la radiazione.
Dalla sorgente la “ perturbazione “ luce si irradia in tutta
la stanza, come le onde nello stagno
La radiazione dalla lampadina si propaga in tutte le direzioni
con una velocità che vale 3.108 m/sec e si indica con c.
La perturbazione luminosa che è prodotta da cariche
elettriche in movimento (elettrone che decade) si può
propagare anche nel vuoto
Il mezzo in cui si propaga una radiazione luminosa è
caratterizzato dall’indice di rifrazione legato alle proprietà
elettromagnetiche del mezzo
Onde
Un’onda è caratterizzata da
una lunghezza d’onda e da un’ampiezza
lunghezza d’onda (λ)
ampiezza
La radiazione elettromagnetica trasporta un’energia
che aumenta al diminuire della sua lunghezza d’onda
B
Onde elettromagnetiche
B
ONDE RADIO  = 1km – 10cm
trasmissioni radio-televisive
B
MICROONDE  = 10cm – 1mm
radar, telefono, forni
B
B
IR - VISIBILE - UV  = 1mm – 10-9m
calore, luce, reazioni chimiche
B
B
B
RAGGI X – RAGGI GAMMA  = 10-8 – 10-12m
radiografie
B
Lo spettro elettromagnetico
LUNGHEZZA D’ONDA (m)
1fm
1pm
10-14
10-12
RAGGI
GAMMA
B
B
1nm
B
10-10
1μm
10-8
RAGGI X ULTRAVIOLETTO
B
B
B
1mm
10-6
10-4
INFRAROSSO
B
ENERGIA
VISIBILE
1m
10-2
1
MICROONDE
B
102
ONDE
RADIO
Colori e lunghezza d’onda
L’occhio umano è sensibile solo ad una piccola parte dello
spettro elettromagnetico: la luce VISIBILE
COLORE LUNGHEZZA
D’ONDA (nm)
violetto
380-430
azzurro
430-470
verde
470-520
giallo
520-590
arancione
590-610
rosso
610-750
B
B
B
B
Ciascun colore corrisponde ad una radiazione
elettromagnetica di diversa lunghezza d’onda
B
Perché vediamo gli oggetti?
Perché vediamo gli oggetti?
Noi vediamo gli oggetti
perché da essi partono
radiazioni luminose che
giungono al nostro occhio
Una
SORGENTE
LUMINOSA emette luce
propria,
mentre
gli
OGGETTI ILLUMINATI
diffondono in tutte le
direzioni la luce da cui
vengono investiti.
Che cos’è la luce?
UN
FLUSSO
DI
PARTICELLE
MICROSCOPICHE
emesse a ritmo continuo
dalle sorgenti luminose
fotoni
TEORIA CORPUSCOLARE
Che cos’è la luce?
UN
FLUSSO
DI
PARTICELLE
MICROSCOPICHE
emesse a ritmo continuo
dalle sorgenti luminose
UN’
ONDA
cioè
energia
che
si
propaga
fotoni
TEORIA CORPUSCOLARE
TEORIA ONDULATORIA
La velocità della luce
La luce può propagarsi in un mezzo trasparente (aria,
vetro, acqua) ma anche nel VUOTO.
La sua velocità nel vuoto è
c= 300 000 km / s
La luce proveniente dal sole impiega circa 8 minuti per
arrivare a noi.
150 milioni di km = 8
minuti-luce
Sole
Terra
La propagazione della luce: le ombre
La luce si propaga in linea retta
La propagazione della luce: le ombre
La luce si propaga in linea retta
oggetto opaco
Sorgente
puntifor
me
ombra
cono d’ombra
La propagazione della luce: le ombre
La luce si propaga in linea retta
oggetto opaco
Sorgente
puntifor
me
ombra
cono d’ombra
C
Sorgent
e
estesa
penombra
P
ombra
La propagazione della luce: le ombre
La luce si propaga in linea retta
Sorgente
puntiformoggetto opaco
e
cono d’ombra
ombra
eclisse parzia
SOL
E
eclisse totale
LUNA
TERRA
Le proprietà della luce
Cosa avviene quando la luce colpisce un oggetto?
Le proprietà della luce
Cosa avviene quando la luce colpisce un oggetto?
… può essere riflessa …
… trasmessa …
… assorbita e poi riemessa …
Le leggi della riflessione
raggio
incidente
i
Superficie riflettente liscia
(specchio)
Le leggi della riflessione
raggio
incidente
i r1
raggio
riflesso
i=r1
Superficie riflettente liscia
1a legge: il raggio incidente, il raggio riflesso e la normale alla
superficie riflettente giacciono nello stesso piano
2a legge: l’angolo di incidenza è uguale all’angolo di riflessione
i=r1
Riflessione su uno specchio piano
oggetto
Riflessione su uno specchio piano
P
C
oggetto
Riflessione su uno specchio piano
P
C
oggetto
LEZIONI DI OTTICA per le scuole medie
F.Menchini
1-10
Riflessione su uno specchio piano
L’immagine è VIRTUALE,
delle stesse dimensioni
dell’originale,
DRITTA, ma
NON E’
SOVRAPPONIBILE
ALL’ORIGINALE
P
C
oggetto
P
’
C
immagine
’
Riflessione su uno specchio concavo
oggetto
Riflessione su uno specchio concavo
P
C
oggetto
Riflessione su uno specchio concavo
P
C
oggetto
Riflessione su uno specchio concavo
P
C
oggetto
Riflessione su uno specchio concavo
L’immagine è REALE, rimpicciolita e CAPOVOLTA
P
C
oggetto
C
’
P
immagine
’
Riflessione su uno specchio convesso
oggetto
Riflessione su uno specchio convesso
P
C
oggetto
Riflessione su uno specchio convesso
P
C
oggetto
Riflessione su uno specchio convesso
L’immagine è VIRTUALE, rimpicciolita e DRITTA
P
C
oggetto
P
’C
immagine
’
Le leggi della rifrazione
raggio
incidente
i
raggio
incidente
i
Le leggi della rifrazione
raggio
incidente
i r1 raggio
riflesso
raggio
incidente
i r1
raggio
riflesso
Le leggi della rifrazione
raggio
incidente
i r1 raggio
riflesso
r2 raggio
rifratto
raggio
incidente
i rraggio
1
riflesso
Le leggi della rifrazione
raggio
incidente
i r1
r2
raggio
rifratto
raggio
riflesso
raggio
incidente
raggio
rifratto
i r1
raggio
riflesso
r2
1a legge: il raggio incidente, il raggio rifratto e la normale alla superficie
giacciono nello stesso piano
2a legge: quando un raggio luminoso passa da un mezzo meno “denso” a
uno più “denso” si avvicina alla normale; se passa da un mezzo più “denso”
ad uno meno “denso” si allontana dalla normale
Legge Snell-Descartes
n2 sin r2 = n1 sin i
n è l’indice di rifrazione del mezzo
in cui si propaga il raggio
Esempi di rifrazione
Il bastoncino
spezzato
Esempi di rifrazione
Il bastoncino
spezzato
Un
bastoncino
immerso
parzialmente in acqua
sembra spezzato
Esempi di rifrazione
Il bastoncino
spezzato
Un
bastoncino
immerso
parzialmente in acqua
sembra spezzato
P
’P
A causa della rifrazione, gli oggetti
in acqua appaiono più in alto di
dove realmente si trovano
Esempi di rifrazione
Il miraggio
aria sempre più calda
e quindi sempre meno
densa
sabbia bollente
Riflessione totale
Riflessione totale
Riflessione totale
Se la luce passa da un mezzo meno denso a uno più
denso incidendo con un angolo superiore di un
ANGOLO LIMITE, essa viene riflessa totalmente
alim alim
Riflessione totale
Se la luce passa da un mezzo meno denso a uno più
denso incidendo con un angolo superiore di un
ANGOLO LIMITE, essa viene riflessa totalmente
alim alim
PRISMA
a riflessione totale
Riflessione totale
Se la luce passa da un mezzo meno denso a uno più
denso incidendo con un angolo superiore di un
ANGOLO LIMITE, essa viene riflessa totalmente
alim alim
PRISMA
a riflessione totale
FIBRA OTTICA
Esempi di riflessione totale
PERISCOPIO
Esempi di riflessione totale
FIBRA OTTICA
PERISCOPIO
Esempi di riflessione totale
FIBRA OTTICA
PERISCOPIO
Esempi di riflessione totale
FIBRA OTTICA
PERISCOPIO
Esempi di riflessione totale
FIBRA OTTICA
PERISCOPIO
Esempi di riflessione totale
FIBRA OTTICA
PERISCOPIO
Scarica

CHE COSA E` LA LUCE ? - Liceo Statale Aprosio