Università degli studi di Messina
facoltà di Scienze mm ff nn
Progetto Lauree Scientifiche
(FISICA)
Prisma ottico
•Parte teorica
Fenomenologia di base
La luce che attraversa una
finestra, un foro, una fenditura,
un ostacolo
La luce incide sugli oggetti
Interferenza e diffrazione
La luce attraversa
oggetti trasparenti
La luce illumina e
colora gli oggetti
Riflessione
Rifrazione
•Parte sperimentale
Prevede l’uso di un prisma di vetro montato su una
piattaforma dotata di un cannocchiale e di un
goniometro in modo da permettere la determinazione
degli angoli di deviazione e quindi dell’indice di rifrazione
del prisma.
L’ottica geometrica è governata da
quattro leggi fondamentali:
1. Propagazione della luce che avviene
2.
3.
4.
attraverso raggi luminosi non interagenti
Principio di Fermat
Riflessione della luce su una superficie
speculare
Rifrazione della luce sulla superficie di
separazione fra due mezzi trasparenti
Rifrazione della luce
• noto che la rifrazione di un raggio
luminoso non dipenda esclusivamente
dalla natura dei mezzi in cui avviene la sua
propagazione, ma anche dalla lunghezza
d’onda (e quindi dal colore) della luce che
subisce la rifrazione; questo è dovuto al
fatto che mentre la velocità della luce nel
vuoto è la stessa per tutte le lunghezze
d’onda, in un mezzo materiale dipende
dalla lunghezza d’onda e quindi anche
l’indice di rifrazione è funzione di questa.
Legge di Snell per la rifrazione
Prisma ottico: mezzo rifrangente limitato da due facce
piane non parallele
La luce è composta da uno spettro di diverse componenti
cromatiche, esse vengono deviate dal prisma ottico per via
del loro diverso grado di rifrangibilità, ciò permette la
dispersione della luce.
L’occhio umano percepisce solo i seguenti colori:
Il fenomeno, noto come dispersione
.
della luce, è provocato dalla diversa
deviazione subita dai vari colori, ossia
ogni colore ha un ben preciso indice di
rifrazione, nel passaggio da un mezzo
all’altro, e più precisamente notiamo
che il rosso risulta il colore meno
deviato mentre il violetto quello che
subisce la deviazione maggiore
In genere quando si considera un raggio
luminoso si fa riferimento (come in
quest’esperienza di laboratorio) alla luce
gialla del sodio caratterizzata da lunghezza
d’onda di 589.3 nm- Si può ricavare una
relazione quantitativa che permetta di
valutare la deviazione complessiva subita da
un raggio di luce monocromatica. Si consideri
un prisma immerso in aria (il prisma è più
rifrangente dell’aria stessa) ed un raggio di
luce monocromatica proveniente dall’aria che
incide su una faccia del prisma e si nota:
α : angolo d’apertura
del prisma o di
rifrangenza
δ : angolo di deviazione
totale
ϑi: angolo d’incidenza
ϑe: angolo d’emergenza
ϑr: angolo di rifrazione
sulla faccia AB
ϑs: angolo d’incidenza
sulla faccia AC
Questa equazione può essere usata
per determinare l’indice di rifrazione
n di una sostanza qualsiasi, dopo
averle dato la forma di prisma,
giacché δmin, angolo di deviazione
minima, e α, angolo del prisma,
possono essere misurati con grande
precisione
Misura dell’angolo di deviazione
minima.
Prima di tutto si è presa nota della posizione
dello zero A° e B°, poi posto il prisma sulla
piattaforma in modo che l’angolo di
incidenza fosse molto grande e lasciando il
cannocchiale e la piattaforma liberi di
ruotare, si è cercato con il cannocchiale il
raggio deviato. Muovendo la piattaforma si
è diminuito l’angolo di incidenza, di
conseguenza la riga gialla si muoveva nel
campo visivo dell’oculare e la si è
inseguita ruotando il cannocchiale.
Si è proceduto così per successivi
spostamenti della piattaforma e del
cannocchiale finché pur procedendo nello
stesso verso con la piattaforma, per
inseguire la riga gialla occorreva ruotare il
cannocchiale in senso inverso: la
posizione in cui la riga gialla "torna
indietro" corrisponde alla direzione dei
raggi incidente ed emergente dove
l’angolo di deviazione fra loro è minimo.
Una volta individuata, questa posizione è
stata raggiunta in modo più preciso con
movimenti fini e si è presa nota delle
letture A e B.
Si è applicata quindi la seguente formula
per la determinazione dell’angolo di
deviazione minima
Misura dell’angolo d’apertura del prisma.
I metodo: si è disposta la piattaforma in modo che
l’angolo a d’apertura del prisma fosse rivolta verso il
collimatore e la si è bloccata. In tal modo la riflessione
del fascio di luce collimato avviene su entrambe le facce
del prisma. Quindi ruotando il cannocchiale si sono
cercati i due raggi riflessi e si è preso nota della loro
posizione angolare. Dal disegno stesso appare evidente
che l’angolo α viene diviso dall’altezza del prisma in due
angoli a e b uguali fra loro (poiché dovrebbe trattarsi di
un triangolo isoscele), ma soprattutto a e b risultano
uguali ai complementari degli angoli di incidenza e di
riflessione. Allora risulta:
Δ ϑ = 2 a e quindi: a = D ϑ/2
II metodo:
si è ruotato il cannocchiale in modo tale da
formare un angolo acuto col collimatore (circa
40°) e lo si è fissato. Quindi muovendo la
piattaforma si è fatto in modo di vedere tramite il
cannocchiale la luce riflessa da una faccia del
prisma. Una volta messo a fuoco e fatto
ovviamente coincidere la riga di riferimento del
reticolo con la riga gialla, si sono lette sulle scale
del goniometro le posizioni A1 e B1 . Senza
sbloccare il cannocchiale si è ruotata la
piattaforma in modo da poter osservare il raggio
riflesso della seconda faccia del prisma, e si è
preso nota delle nuove posizioni A2 e B2. Per
porsi in questa nuova posizione si è dovuto
ruotare il prisma di un angolo pari a Δ ϑ che è il
supplementare di α infatti:
α = 180°- Δ ϑ