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LA NATURA DELLA LUCELA NATURA DELLA LUCEDi Claudia MonteDi Claudia Monte
LA NATURA DELLA LUCELA NATURA DELLA LUCE
La natura della luce: la storiaLa natura della luce: la storia La natura della luce: modelli fisiciLa natura della luce: modelli fisici• Modello corpuscolare: ottica geometricaModello corpuscolare: ottica geometrica• Modello ondulatorio: ottica fisicaModello ondulatorio: ottica fisica Costruzione delle immaginiCostruzione delle immagini
La natura della luce: la storiaLa natura della luce: la storia
• J. Keplero: il padre dell’J. Keplero: il padre dell’ottica ottica geometricageometrica
2.2. Huygens: prime ipotesi sul Huygens: prime ipotesi sul modello modello ondulatorioondulatorio
3.3. Young e Fresnel: conferma del Young e Fresnel: conferma del modello modello ondulatorioondulatorio
4.4. Maxwell: ipotesi delle Maxwell: ipotesi delle onde onde elettromagneticheelettromagnetiche
5.5. Hertz: Hertz: verifica verifica sperimentale dell’esistenza sperimentale dell’esistenza della della onde elettromagneticheonde elettromagnetiche
6.6. Einstein: scoperta dei Einstein: scoperta dei fotonifotoni e ritorno e ritorno della teoria corpuscolaredella teoria corpuscolare
La natura della luce: modelli fisiciLa natura della luce: modelli fisici Modello corpuscolare: ottica Modello corpuscolare: ottica
geometricageometrica1.1. La propagazione della luce: i raggi La propagazione della luce: i raggi
luminosiluminosi
2.2. La formazione delle ombre:La formazione delle ombre:
Ombra
S
Penombra
Luce
F
S
F
A
B
3.3. La riflessioneLa riflessione
Legge della riflessioneLegge della riflessioneQuando un raggio di luce viene riflesso, tra tutti i camminiQuando un raggio di luce viene riflesso, tra tutti i cammini
possibili, esso sceglie quello per cui possibili, esso sceglie quello per cui raggio incidente, raggio incidente, raggioraggio
riflesso e normale Nriflesso e normale N alla superficie nel punto di incidenza alla superficie nel punto di incidenza
giacciono sullo stesso pianogiacciono sullo stesso piano e per il quale, detto I l’angolo e per il quale, detto I l’angolo
formato dal raggio incidente con N (angolo di incidenza) ed formato dal raggio incidente con N (angolo di incidenza) ed R R
l'angolo formato dal raggio riflesso con N (angolo dil'angolo formato dal raggio riflesso con N (angolo di
riflessione), si ha : riflessione), si ha : I=RI=R
4.4. La La rifrazionerifrazione
Legge della rifrazioneLegge della rifrazioneQuando un raggio di luce viene rifratto, tra tutti i camminiQuando un raggio di luce viene rifratto, tra tutti i cammini
possibili, esso sceglie quello per cui possibili, esso sceglie quello per cui raggio incidente, raggio incidente, raggioraggio
riflesso e normale Nriflesso e normale N alla superficie nel punto di incidenza alla superficie nel punto di incidenza
giacciono sullo stesso pianogiacciono sullo stesso piano e per il quale, detto I l’angolo e per il quale, detto I l’angolo
formato dal raggio incidente con N (angolo di incidenza) ed formato dal raggio incidente con N (angolo di incidenza) ed r r
l'angolo formato dal raggio rifratto con N (angolo dil'angolo formato dal raggio rifratto con N (angolo di
rifrazione), si ha : rifrazione), si ha : nn11 sen( sen(I) = nI) = n22 sen(r) sen(r)
dove n = indice didove n = indice di
rifrazione del mezzorifrazione del mezzo n=c/v
5.5. La La rifrazione e la riflessionerifrazione e la riflessione
Modello ondulatorio: ottica fisicaModello ondulatorio: ottica fisica
1.1. Il modello di HuygensIl modello di Huygens
La natura della luce: modelli fisiciLa natura della luce: modelli fisici
A
B C Uv
2.2. Il modello dell’”etere”Il modello dell’”etere”
3.3. Il principio di Huygens e i fronti d’ondaIl principio di Huygens e i fronti d’onda““Ogni puntoOgni punto di un di un fronte d’ondafronte d’onda deve considerarsi come deve considerarsi come
sorgente di piccole onde secondariesorgente di piccole onde secondarie che, a loro volta, si che, a loro volta, si
propagano in tutte le direzioni con velocità uguale alla propagano in tutte le direzioni con velocità uguale alla
velocità di propagazione dell’onda originaria.”velocità di propagazione dell’onda originaria.”
Esempio di fronte d’ondaEsempio di fronte d’onda
4.4. Dimostrazione delle leggi della riflessione Dimostrazione delle leggi della riflessione
e della rifrazionee della rifrazione
5.5. Sovrapposizione di onde luminoseSovrapposizione di onde luminose
6.6. Il fenomeno dell’interferenzaIl fenomeno dell’interferenza
L’effetto della sovrapposizione delle onde è la formazione sullo schermo di righe alternate scure e luminose (frange di interferenza).
Interferenza da doppia fenditura: esperienza di Interferenza da doppia fenditura: esperienza di YoungYoung
7.7. Il fenomeno della diffrazioneIl fenomeno della diffrazione
DiffrazioneDiffrazione da singola fenditura da singola fenditura
Intensità da diffrazioneIntensità da diffrazione
Posizione dei minimi di intensitàPosizione dei minimi di intensità
hmsen /
8.8. Diffrazione da foro circolareDiffrazione da foro circolare
Posizione dei minimi di intensitàPosizione dei minimi di intensità
mdsen 22,1
Il criterio di RayleighIl criterio di Rayleigh““La La distanza angolare minimadistanza angolare minima tra due sorgenti puntiformi tra due sorgenti puntiformi
deve essere tale che il deve essere tale che il massimomassimo centrale di diffrazione centrale di diffrazione di una deve di una deve coinciderecoincidere con il con il primo minimoprimo minimo di di diffrazione dell’altra”diffrazione dell’altra”
d
arcsen 22,1
.min
9.9. La diffrazione modula le frange di La diffrazione modula le frange di interferenzainterferenza
Esempi di figure di interferenza modulate Esempi di figure di interferenza modulate da diffrazioneda diffrazione
10.10. Il fenomeno della dispersioneIl fenomeno della dispersione
I
RossoArancioGialloVerdeBluVioletto
N
CostruzioneCostruzione delle immaginidelle immagini
1.1. Il Il diottrodiottro sferico sferico
CV
n1 n2
S
P
Q
caustica
Il diottro sferico in approssimazione parassialeIl diottro sferico in approssimazione parassiale
p q
r
I
Rh
CV
n1 n2
S
P
Q
sferico) diottro del (equazione R
nn
q
n
p
n 1221
2.2. Le lenti sottiliLe lenti sottili
Punti focali, distanze focali e centro otticoPunti focali, distanze focali e centro ottico
f f
F1
F2
OO
L’equazione delle lenti sottiliL’equazione delle lenti sottili
p q’
f
1
R
1
R
11n
q'
1
p
1
21
Lente convergente (fLente convergente (f>0) >0) ::formazione di un’immagine realeformazione di un’immagine reale
O
F1 F2
S
Q
S’
Q’
f > 0
Lente convergente (fLente convergente (f>0)>0)::formazione di un’immagine virtualeformazione di un’immagine virtuale
O
F1 F2
SQ
S’
Q’f > 0
Fig. 6b
Lente divergente (fLente divergente (f<0)<0): formazione di immagini : formazione di immagini virtualivirtuali
OF2 F1
S Q
S’
Q’
f< 0
OF2 F1
S Q
S’
Q’
f< 0