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Breve storia dell’ottica

E. [email protected]

Istituto Provinciale di Cultura e Lingue “Ninni Cassarà”

A.S. 2010/2011

E. Modica [email protected] Breve storia dell’ottica

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La Genesi“In principio Dio creò il cielo e la terra. La terra era informe edeserta e le tenebre ricoprivano l’abisso e lo spirito di Dioaleggiava sulle acque. Dio disse: “Sia la luce!” E la luce fu. Diovide che la luce era cosa buona e separò la luce dalle tenebre echiamò la luce giorno e le tenebre notte. [. . .] Dio disse: “Cisiano le luci nel firmamento del cielo, per distinguere il giornodalla notte; servano da segni per le stagioni, per i giorni e glianni e servano da luci nel firmamento del cielo per illuminare laterra”. E così avvenne: dio fece le due luci grandi, la lucemaggiore per regolare il giorno e la luce minore per regolare lanotte, e le stelle. Dio le pose nel firmamento del cielo perilluminare la terra e per regolare giorno e notte e per separare laluce dalle tenebre”.


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Osservazioni

La luce e le tenebre sono create il primo giorno, il sole e laluna il quarto giorno.Luce e tenebre esistono a prescindere dalle sorgenti di luce e aprescindere da chi le vede (l’uomo).Non sembra che ci sia una propagazione della luce.Luce e tenebre hanno un significato metaforico: essere nellaluce vuol dire essere in grazia di Dio.


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AristoteleEpicuroLucrezioEuclideAbu’Ali ibn al-Hàitham (965-1040)Giovanni Battista Della Porta (ca 1535-1615)Johannes Kepler (1571-1630)René Descartes (1596-1650)Willebrord Snell (1580-1626)

Aristotele (384-322 a.C.)

Non tratta la visione nel suo libro di fisica ma nel DeAnima e nel De sensu.Propose come causa della visione un “movimento”che si propaga dall’oggetto all’occhio modificando lostato di un mezzo trasparente alla luce che non sivede, il diafano.Il colore muove il diafano e questo fa si che si vedanotutte le cose; quindi il colore non è visibile senza laluce.Non chiarisce il rapporto tra luce e diafano.


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Epicuro (341-270 a.C.)

Formula la teoria dei simulacra secondo la quale:le immagini si staccano dagli oggetti e neconservano sia la forma che l’aspetto;la visione delle cose è resa possibile dall’urto fratali immagini e l’occhio.


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Lucrezio (98-54 a.C.)

Nel libro IV del suo De rerum natura riprende la teoriaepicurea dei simulacra.Non si basa su deduzioni logiche ma su analogie e differenzecon altri fenomeni.Tutti i corpi emanano continuamente tenue immagini che siaggirano nell’aria mantenendo aspetto e forma dei corpi daiquali provengono.Gli oggetti emanano elementi anche dalla loro superficie,quindi, emanano il loro colore, di conseguenza, quest’ultimorisulta essere una proprietà dell’oggetto.


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Il comportamento dei simulacra

Se incontrano superfici di vetro le attraversano.Se incontrano una roccia si frantumano non rendendo alcunaimmagine.Se incontrano uno specchio non l’attraversa né si frantuma,ma viene riflesso con una velocità superiore a quella della lucesolare.


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Osservazioni

Causa della visione: le immagini, senza di esse nessuna cosa puòessere veduta.Meccanismo della visione: le immagini, entrando in contatto con inostri occhi, producono la vista che si configura come unasensazione tattile (una certa forma toccata al buio risulta identica aquella che si vede alla luce).Percezione della distanza: è opera dei simulacra che spingonol’aria frapposta fra noi e l’oggetto detergendo le pupille; cioè più alungo l’aria deterge i nostri occhi, tanto più lontano è collocatol’oggetto, quindi l’aria risulta essere il mezzo per determinarequanto un corpo sia distante da noi.Non siamo in grado di vedere i simulacra a causa della rapidità ditutte le operazioni descritte.


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Euclide (365-300 a.C.)

Il suo approccio al problema della visione è di tipomatematico.Nei due libri Ottica e Catottrica egli pone dei postulati daiquali poter dedurre tutta la sua teoria.Tre esempi di postulati sono i seguenti:

P1 I raggi emessi dall’occhio si propagano in linearetta.

P2 Quello che noi vediamo è un cono che ha comebase il contorno dell’oggetto (quindi non si vedeil colore, ma solo il contorno).

P3 Si vedono gli oggetti sui quali cadono i raggivisuali.


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Euclide (365-300 a.C.)

Ritiene che i raggi luminosi si propaganodall’occhio verso gli oggetti osservati.Dato l’approccio scelto, non si pose il problemadella natura della luce.


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Abu’Ali ibn al-Hàitham

Scrisse diverse opere sui fenomeni ottici:Epistola sulla luce.Libro dell’ottica.

Teoria di Alhazen:l’occhio “sente” l’oggetto per mezzo di raggi che questo gliinvia con velocità finita;i raggi luminosi devono avere un’esistenza reale perché la luceintensa danneggia gli occhi.


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Abu’Ali ibn al-Hàitham

La sua analisi dell’aspetto geometrico della formazionedelle immagini lo portò a scoprire come le immaginidegli oggetti si formino capovolte sulla retina: ciò lolasciò perplesso e per risolvere il dilemma abbandonòl’esperienza e invocò una ipotesi del tutto errata, cioèil nostro sistema visivo sentirebbe l’immagine quandoessa si forma sulla prima superficie del cristallino.


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Giovanni Battista Della Porta (ca 1535-1615)

Nella seconda metà del Cinquecento pubblica leopere:

Magiae Naturalis libri IV (1589): miscuglio diargomenti vari quali la camera oscura, gli occhialicon lenti, etc.De Refractione (1593): tenta una teoria dellelenti ma introduce una terminologia moltoconfusa.

L’importanza del lavoro di Della Porta consistenell’avere stimolato l’interesse di Keplero.


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Johannes Kepler (1571-1630)

Pubblica nel 1604 il saggio Ad Vitellionem Paralipomeni, lasua prima opera riguardante l’ottica.Il titolo vuol dire “Aggiunte a Witelo”, un astronomopolacco del XIII secolo che eseguì traduzioni di testi arabi eche riporta idee di Alhazen senza citare la fonte.In tale opera ci sono alcuni fondamenti dell’otticageometrica.Conquiste riportate in tale opera:

descrizione e giustificazione delle immagini virtuali generate daspecchi pianispiegazione di come gli occhiali correggano i difetti della vista.


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Johannes Kepler (1571-1630)

Nel 1610 ottiene un cannocchiale costruito da Galileo che glifa finalmente apprezzare l’importanza delle lenti.Nell’arco di pochi mesi mette a punto la teoria delle lenti qualidiottri per ingrandimento e manda alle stampe la Dioptrice(1611) che può essere considerato il primo trattato di otticageometrica.La Dioptrice si basa su un sistema di assiomi, quali:

la luce è emessa dalle sorgenti;un punto emette in tutte le direzioni;un raggio si comporta come una linea della geometria euclidea.

Considera la luce dotata di velocità infinita dato che, nell’ambitodell’ottica geometrica, questa assunzione non crea problemi.


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René Descartes (1596-1650)

I suoi contributi alla natura della luce e all’ottica li troviamonei seguenti scritti:

la Dioptrique;le Météores;Le Monde ou Traité de la Lumière.

Nella Dioptrique espone la corretta formulazionequantitativa della legge della rifrazione a cui egli giunse inbase a un presupposto del tutto errato: per spiegarel’avvicinamento alla normale del raggio rifratto da un vetro odall’acqua egli conclude che la componente parallela allasuperficie rifrangente rimane inalterata dopo la rifrazione,mentre quella perpendicolare aumenta, il che implicherebbeche la luce viaggia più velocemente nei mezzi più densi.


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René Descartes (1596-1650)

Elabora tre modelli contraddittori della luce:la luce è composta da particelle in movimentovorticoso;la luce è una specie di fluido che passa attraversoi pori di un mezzo;la luce è costituita da onde che esercitanopressione su un mezzo elastico che pervade tutto.


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Willebrord Snell (1580-1626)

Non si avvalse di alcuna teoria sulla natura dei raggiluminosi ma si basò semplicemente sui risultatiraccolti da diversi sperimentatori e in particolare daKeplero per pervenire alla legge della rifrazione:

sin isin r = k

Non si sa se Cartesio conoscesse tale legge, ma è chiaroche i due scienziati sono arrivati alla correttaformulazione con premesse e ragionamenti del tuttoindipendenti e pertanto è corretto chiamare la legge dellarifrazione col nome di legge di Snell-Cartesio.


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