L’insegnamento della fisica e delle
scienze nella scuola; proposte
operative per un approccio
laboratoriale low-cost no cost
progetto SCIENTIA MAGISTRA VITAE
4
Onde, interferenza e
diffrazione
E.Sassi, L.A. Smaldone
Bolle di Sapone … e Macchie d’Olio
Cosa produce questi bellissimi
colori ?
4- Onde, Interferenza e Diffrazione
2
E.Sassi, L.A. Smaldone
Altri Esempi di Bellissimi Colori …
4- Onde, Interferenza e Diffrazione
3
E.Sassi, L.A. Smaldone
Sono solo Configurazioni di Differenze di Fase!
Interferenza da Film Sottile
Interferenza construttiva e distruttiva di
onde luminose su lamine sottili di
spessore variabile, come le bolle di
sapone, forma coloriti e cangianti disegni.
Sono la prova della natura ondulatoria
della luce
4- Onde, Interferenza e Diffrazione
4
E.Sassi, L.A. Smaldone
Onda (…su onda)
Onda: disturbo che si propaga nello spazio e nel tempo.
Forma più semplice: onda sinusoidale
2
 2

O( x, t )  A sen 
x
t  
T
 l

l
Lunghezza d’onda =l
Periodo di oscillazione =T=1/f
f = frequenza
4- Onde, Interferenza e Diffrazione
λ
v   λf
T
5
E.Sassi, L.A. Smaldone
Luce = Onde Elettromagnetiche
Onda
elettromagnetica
si propaga
perpendicolarmente al campo
e elettrico e
magnetico, con
velocità c=3x108
m/s nel vuoto
c
Lunghezza d’onda e frequenza sono legate: l 
f
4- Onde, Interferenza e Diffrazione
6
E.Sassi, L.A. Smaldone
Spettro Elettromagnetico
Cresce la frequenza
4- Onde, Interferenza e Diffrazione
Cresce la lunghezza d’onda
7
E.Sassi, L.A. Smaldone
Lunghezza d’Onda e Colori
Percepiamo i colori quando onde di differenti lunghezze
d’onda entrano nei nostri occhi!
Luce di lunghezza d’onda di 650 nm
appare rossa
Luce di lunghezza d’onda di 520 nm
appare verde
Luce di lunghezza d’onda di 470 nm
appare blu
4- Onde, Interferenza e Diffrazione
8
E.Sassi, L.A. Smaldone
Due Differenti Lunghezza d’Onda e Colori
Cosa accade quando luce mista di differenti
lunghezze d’onda raggiunge i nostri occhi?
Luce di lunghezza d’onda di 650 nm e
520 nm appare gialla
Luce di lunghezza d’onda di 580 nm
ANCHE appare gialla ai nostri occhi
(UN GIALLO PIU’ SATURO DEL
CASO PRECEDENTE)
4- Onde, Interferenza e Diffrazione
9
E.Sassi, L.A. Smaldone
Cos’è Luce Bianca?
Luce, con combinazione di tutte
le lunghezze d’onda dello
spettro visibile,
appare BIANCA quando
raggiunge i nostri occhi
Nessuna singola lunghezza
d’onda (luce monocromatica)
appare bianca!
4- Onde, Interferenza e Diffrazione
10
E.Sassi, L.A. Smaldone
Principio di Huygens(–Fresnel) 1
Il principio di Huygens è un metodo di analisi utile per risolvere i
problemi di propagazione di un’onda:
Ciascun punto di un fronte d’onda che si propaga diventa centro
di un nuovo disturbo secondario e sorgente di una nuova onda
sferica elementare.
L’onda che avanza è l’inviluppo (somma) di tutte le onde
sferiche elementari provenienti dai punti del mezzo già
attraversato.
4- Onde, Interferenza e Diffrazione
11
E.Sassi, L.A. Smaldone
Principio di Huygens 2
At tempo t0 un fronte d’onda piano, che si
propaga da sinistra a destra con velocità v,
raggiunge la posizione 1
Tutti i punti della posizione 1 diventano
sorgente di onde sferiche che si propagano
con velocità v
Dopo un intervallo t, il raggio della onde
sferiche sarà v t; la somma (inviluppo) di tutte le
onde secondarie darà la nuova posizione del fronte
d’onda piano in 2
1
2
4- Onde, Interferenza e Diffrazione
Lo stesso nel caso di
fronte sferico
12
E.Sassi, L.A. Smaldone
Principio di Huygens 3
4- Onde, Interferenza e Diffrazione
13
E.Sassi, L.A. Smaldone
Principio di Huygens 4
Rappresentazione di un’onda piana che arriva su una fenditura
4- Onde, Interferenza e Diffrazione
14
E.Sassi, L.A. Smaldone
Cos’è l’Interferenza?
onda complessiva
onda 1
onda 2
Se due onde (stessa lunghezza d’onda e frequenza) sono in fase, creste e
ventri delle due sono coincidenti. Si ha Interferenza Construttiva.
Se le due onde sono opposizione di fase, le creste sono allineati con i
ventri. Si ha Interferenza Distruttiva.
4- Onde, Interferenza e Diffrazione
15
E.Sassi, L.A. Smaldone
Condizioni per Avere Interferenza
Nel caso più semplice:
 Sovrapposizione di onde periodiche con la
stessa frequenza.
 Le sorgenti d’onda oscillino in fase. cioè
sincrone, o con differanza di fase costante
(SORGENTI COERENTI)
4- Onde, Interferenza e Diffrazione
16
E.Sassi, L.A. Smaldone
Esperimento di Young
L’esperimento della doppia-fenditura effettuato per la prima volta da
T. Young nel 1801, con l’intento di risolvere la questione se la luce
fosse composta da particelle (Newton, teoria "corpuscolare" ), o da
onde. L’Interferenza osservata sembrava discreditare la teoria
corpuscolare, ma ….
Disegno originale
di T. Young
4- Onde, Interferenza e Diffrazione
17
E.Sassi, L.A. Smaldone
Doppia Fenditura: Schema
Interferenza costruttiva: Z=nλ (dove n = 0, 1, 2...).
Interferenza distruttiva: Z=(2n+1)λ/2 (dove n = 0, 1, 2...).
4- Onde, Interferenza e Diffrazione
18
E.Sassi, L.A. Smaldone
Interferenza a Molte Fenditure
Spectroscopio a basso costo
4- Onde, Interferenza e Diffrazione
19