Fisicae MetodoScientifico...

Fisica e Metodo ScientificoLezione XXI

Giulia Manca,[email protected]://people.unica.it/giuliamancahttp://www.ca.infn.it/~gmanca

CCL Informatica – AA 2016/17

FeMS, a.a. 2016-2017, 2o semestre Giulia Manca 2

Calendario delle lezioni

1o PARZIALE

ore 9:00-11:00scambio ore di CDI !!tutoraggio rimanegiovedi 12h30-13h20

2o PARZIALE 9:30-10:30 ;

2hrs esercizi11h-13h

1o Appello

tutor: 12:30-13:30


Lezione Scorsa

• Induzione di Faraday :➡ 𝑓. 𝑒.𝑚.= −()*

(+

➡ ∮𝐸 . 𝑑𝑠 = −()*(+

��

• Legge di Lenz

• Induttanza

• Circuiti LC,RLC (cenni)


Magnetismo nella materia• I materiali immersi in un campo B si

“magnetizzano” secondo tre categorie:➡DIAMAGNETICI: sempre presente

§ tutti i materiali in natura; fenomeno molto debole, molecole si orientano campo opposto al campo in cui sono immersi

➡PARAMAGNETICI: (Al, Ca, Pl)§ debolmente attratti dal campo B, effetto f(T)§ sparisce quando B=0

➡FERROMAGNETICI: (Fe, Ni, Co)§ fortemente attratti dal campo, magnetizzatianche se B=>0. Processo non lineare (isteresi)


Ciclo di isteresi Magnetica

8. Il magnetismo nella materia

Il moto degli elettroni all’interno di un atomo può dare origine a campi magnetici

Di solito si tratta di campi orientati casualmente, e il loro effetto risultante è nullo

In alcuni materiali, invece, il campo magnetico risultante può essere diverso da zero

Quando gli atomi tendono ad allinearsi gli uni agli altri e a creare un campo magnetico intenso si dice che il materiale è ferromagnetico

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8. Il magnetismo nella materiaGli atomi dei materiali ferromagnetici tendono a organizzarsi in domini caratterizzati da un campo magnetico molto intenso ma orientati in maniera casualeIn presenza di un campo magnetico esterno i domini si allineano, creando un campo magnetico all’interno del materiale

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I magneti permanenti sono composti di materiali ferromagnetici capaci di conservare una “memoria” dei campi magnetici presenti al momento del raffreddamento o della formazione dei materiali medesimi 8


La maggior parte dei materiali che non sono ferromagnetici sono paramagnetici – in presenza di campi magnetici intensi danno origine a un allineamento parziale che scompare quando viene a mancare il campo magnetico

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OTTICA

- ricapitolazione Onde- Luce: aspetto geometrico=> ottica

geometrica- Luce: aspetto fisico => ottica fisica



Tipi di onde

Un’onda è una perturbazione che si propaga da un posto a un altro

L’onda più semplice da visualizzare è un’ondatrasversale, in cui lo spostamento del mezzo èperpendicolare alla direzione di propagazionedell’onda

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Tipi di onde

In un’onda longitudinale lo spostamento dellesingole particelle avviene nella stessa direzione di propagazione dell’onda

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1. Equazione d’onda trasversale


• Ampiezza : modulo dello spostamento max dalla posizione di equlibrio (sempre >0)

• Lunghezza d’onda: distanza tra due punti omologhi della forma d’onda

• K=numero d’onda angolare dell’onda,=2p/l, corrisponde al valore dopo cui la funzione si ripete ➡A t=0, y=ym sin(kx1)= ym sin(kx2), se x1-x2=l➡=ym sin(kx1+kl) che e`= a sin(kx1) se k=2p/l

• k=numero d’onda = 1/l14

Equazione d’onda


• Periodo T = intervallo di tempo dopo il quale il moto si ripete

• Pulsazione o freq.angolare w=2p/T• Frequenza n = 1/T• Eq. piu` generale : y=ym sin(kx+ wt + f)• f= fattore di fase• f= zero : onde in fase

altrimenti sono “sfasate” di un angolo f

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Equazione d’onda

1. Tipi di onde

Lunghezza d’onda λ: distanza dopo la quale un’onda si ripete

Periodo T: tempo necessario perché unalunghezza d’onda passi per un dato punto

Frequenza f

Velocità di un’ondaTf /1=

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fT

v ll===

impiegato tempopercorsa distanza

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7. Sovrapposizione e interferenza

Onde di piccola ampiezza che si propagano nellostesso mezzo si combinano (si sovrappongono) nelmodo più semplice: si sommano (se hanno stessa ym e lambda)

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Sovrapposizione e interferenza

Sovrapposizione e interferenza

Se due impulsi, combinandosi, danno origine a un impulso di ampiezza maggiore, abbiamoun’interferenza costruttiva (a sinistra)

Se l’ampiezza risultante è minore abbiamoun’interferenza distruttiva (a destra)

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Interferenza• Se phi=0, interferenza massima costruttiva,

ampiezza = 2 ym

• Se phi=180o, interferenza massima distruttiva, ampiezza =0.

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Ognisfasamentodi un numerointero di lpuo` essereignorato; se f=2.4 l, e` come f=0.4l


Interferenza

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Sovrapposizione e interferenzaQuando due onde occupano la stessa regione di spazio, le loro ampiezze si sommano in ogni punto

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Sovrapposizione e interferenzaLe due onde possono interferire costruttivamenteo distruttivamente

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Ottica Geometrica

Luce = raggio luminoso


La riflessione della luce

La legge della riflessione afferma che l’angolo di incidenza e l’angolo di riflessione sono uguali

θi = θr

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La riflessione della luce

La riflessione su una superficie liscia è detta riflessione speculare; se la superficie è ruvida si parla di riflessione diffusa

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Costruzione delle immagini formate da unospecchio piano

La luce riflessa dal fiore e dal vaso raggiunge lo specchio, e obbedendo alla legge della riflessione entra nell’occhio

All’occhio dell’osservatore sembra che i raggi luminosi abbiano seguito un percorso rettilineo e che l’immagine si trovi dietro lo specchio

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Costruzione delle immagini formate da unospecchio piano

Proprietà delle immagini speculari prodotte da specchi piani

• L’immagine è diritta ma appare ribaltata nel verso sinistra-destra

• L’immagine appare dietro lo specchio, alla stessa distanza che separa l’oggetto reale dallo specchio

• L’immagine ha la stessa dimensione dell’oggetto

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Specchi Sferici• Uno specchio sferico ha una superficie riflettente

sferica. Uno specchio concavo (convesso) ha la superficie riflettente curvata verso l’esterno (interno)

• Equazione degli specchi 28

f=±1/2 R

Specchi sferici

Quando fu lanciato, lo specchio del telescopio spaziale Hubble era affetto da aberrazione sferica

Il problema fu risolto installando un’ottica correttiva

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Capitolo 19 - RiepilogoRifrazione della luce• La luce si muove con velocità diverse in mezzi diversi. La

variazione della velocità al passaggio da un mezzo all’altromodifica la direzione di propagazione del raggio luminoso

• La rifrazione è la variazione della direzione della luce in seguito a una variazione di velocità

• L’indice di rifrazione di un materiale ci dà la velocità dellaluce al suo interno

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ncv -=

La rifrazione della luceLa rifrazione fa sì che gli oggetti immersi nell’acqua sembrino spezzati ed è responsabile dei miraggi

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• Legge di Snell:

• La luce che entra in un mezzo con n più alto vienedeflessa verso la normale; la luce che entra in un mezzo con n più basso si allontana dalla normale

• Quando la luce entra in un mezzo con n più basso esiste un angolo critico al di là del quale vieneriflessa totalmente

Capitolo 19 - Riepilogon1 sen θ1 = n2 sen θ2

Rifrazione

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Riflessione Totale


Capitolo 19 - RiepilogoDispersione• L’indice di rifrazione varia con la frequenza della luce;

frequenze luminose diverse subiscono deflessionidiverse: è il fenomeno della dispersione

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Capitolo 19 - RiepilogoArcobaleno

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Capitolo 19 - RiepilogoDispersione• L’indice di rifrazione varia con la frequenza della luce;

frequenze luminose diverse subiscono deflessionidiverse: è il fenomeno della dispersione

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Costruzione delle immagini con le lentiI diagrammi seguenti illustrano i raggi principali per I due tipi di lenti

38fdd i

111

0

=+

Ottica Fisica

Onde elettromagnetiche



Onde ElettroMagnetiche

• Le onde elettromagnetiche sono formate da campielettrici e magnetici oscillanti che si propagano nellospazio

• In un’onda elettromagnetica i campi elettrici sonoperpendicolari ai campi magnetici e sono in fase traloro; entrambi i campi sono perpendicolari alladirezione di propagazione

• La direzione dei campi e la direzione di propagazionesono determinate dalla regola della mano destra

• Qualsiasi carica accelerata emette energia sotto forma di onde elettromagnetiche

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Onde EMUn’onda elettromagnetica che si propaga nel verso delle x positive; si noti cheil campo elettrico e il campo magnetico sono mutuamente perpendicolari

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Capitolo 29 - RiepilogoPropagazione delle onde EM• Le onde elettromagnetiche possono propagarsi nel vuoto;

la loro velocità nel vuoto è sempre la stessa

• Le onde elettromagnetiche possono avere una frequenzaqualsiasi

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Capitolo 29 - RiepilogoSpettro Elettromagnetico• L’insieme di tutte le frequenze possibili è

detto spettro elettromagnetico. Le diverse “bande” di frequenza hanno nomi particolari. Andando verso frequenze sempre più elevate abbiamo: onde radio, microonde, infrarosso, lucevisibile, ultravioletti, raggi X e raggi gamma

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Long105

3. Lo spettro elettromagnetico

Onde radio

Ta le onde che per noi hanno una certa importanza, sono quelle con la frequenza più bassa

Le frequenze della radio e della televisione vanno da 106 Hz a109 Hz

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Microonde

Sono utilizzate per cucinare ma anche per le telecomunicazioni

Le loro frequenze tipiche vanno da 109 Hz a 1012 Hz, corrispondenti a lunghezze d’onda comprese tra 1 mm e 30 cm

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Infrarossi

Li percepiamo come calore

I telecomandi funzionano con gli infrarossi

Le loro frequenze tipiche vanno da 1012 Hz a 4,3 x 1014 Hz


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Luce visibileCorrisponde a un intervallo di frequenze piuttosto ristretto, da 4,3 x 1014 Hz (rosso) a 7,5 x 1014 Hz (violetto)

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Luce ultraviolettaParte dalle frequenze immediatamente superiori a quelle della luce visibile (7,5 x 1014 Hz) e arriva a 1017 HzGli ultravioletti abbronzano; possono provocare bruciature e talvolta il cancro della pelle

Alcuni insetti riescono a vedere nell’ultravioletto, e sui petali di alcuni fiori ci sono motivi visibili solo in luce ultravioletta

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Raggi XCorrispondono a un intervallo di frequenze ancora più elevato, da 1017 Hz a 1020 HzSono utilizzati nelle tecniche di diagnostica medica

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3. Lo spettro elettromagneticoRaggi gammaSono quelli con le frequenze maggiori, superiori a 1020 HzEstremamente energetici, i raggi gamma sono prodotti nelle reazioni nucleariSono dannosi per le cellule viventi e quindi sono utilizzati per distruggere le cellule tumorali e per sterilizzare il cibo

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Capitolo 29 - RiepilogoSpettro Elettromagnetico• L’insieme di tutte le frequenze possibili è

detto spettro elettromagnetico. Le diverse “bande” di frequenza hanno nomi particolari. Andando verso frequenze sempre più elevate abbiamo: onde radio, microonde, infrarosso, lucevisibile, ultravioletti, raggi X e raggi gamma

• Relazione tra frequenza e lunghezza d’onda

• Densità di energia di un’onda elettromagnetica

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€

c = f λ


• Densità di energia di un’onda elettromagnetica

• Relazione tra il campo E e il campo B

• Intensità di un’onda EM

• Da cui si ottiene:

Capitolo 29 - RiepilogoRelazioni Onde EM

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5. La polarizzazioneLa polarizzazione di un’onda elettromagnetica coincide con la direzione del suo campo elettrico

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5. La polarizzazione

Il campo elettrico di un fascio di luce polarizzata è orientato sempre nella stessa direzione

Il campo elettrico di un fascio di luce non polarizzata ha il campo elettrico orientatoa caso

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Si può polarizzare un fascio di luce facendogli attraversare un filtro polarizzatore che lascia passare solo una certa componente del campo elettrico

Ecco l’equivalente meccanico di un polarizzatore

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Un polarizzatore trasmette la componente della luce orientata nella direzione di polarizzazione

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Dal momento che l’intensità luminosa è proporzionale al quadrato dell’ampiezza del campo, l’intensità del fascio trasmesso è data dalla legge di Malus

Legge di Malus

La luce uscente da un filtro polarizzatore è polarizzata nella direzione di quest’ultimo

q20 cosII=

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[13]

5. La polarizzazioneSe si invia un fascio non polarizzato su un polarizzatore, l’intensità trasmessa è pari alla metà di quella incidente

Intensità trasmessa per un fascio non polarizzato

€

I= 12I0

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È possibile combinare un filtro polarizzatore e un analizzatore; l’intensità finale è

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I dispositivi LCD utilizzano cristalli liquidi la cui direzione di polarizzazione ruota a seconda della tensione a essi applicata

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5. La polarizzazioneUn fascio di luce non polarizzata può venire polarizzato totalmente o parzialmente dalla diffusione su atomi o molecole che si comportano come piccolissime antenne

Se la luce è già polarizzata, la sua trasmissione dipenderà dalla polarizzazione

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Significa che la luce solare è polarizzata in misura dipendente dall’angolo tra la nostra visuale e la direzione dei raggi solari

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5. La polarizzazioneSi ha polarizzazione anche quando la luce è riflessa da una superficie liscia

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5. La polarizzazioneLa polarizzazione della luce riflessa è completa per un particolare valore dell’angolo di incidenza, detto angolo di Brewster, qB, definito nel modo seguente

La luce riflessa è totalmente polarizzata quando la componente riflessa e quella rifratta sono tra loro perpendicolariLa direzione di polarizzazione è parallela alla superficie riflettente

1

2tannn

B =q

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