LA LUCE
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LA LUCE
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LA LUCE. Immaginiamo di avere una vasca piena di acqua in cui galleggiano dei pezzettini di sughero. La superficie dell’acqua sia perfettamente in quiete; i pezzettini di sughero sono fermi. - PowerPoint PPT Presentation
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LA LUCE
I pezzettini di sughero, la superficie dell’acqua, costituiscono un sistema meccanico in equilibrio.
Immaginiamo di avere una vasca piena di acqua in cui galleggiano dei pezzettini di sughero.
La superficie dell’acqua sia perfettamente in quiete; i pezzettini di sughero sono fermi.
Che cosa possiamo osservare ?
Un’onda si espande dal punto di caduta del sasso.
I pezzettini di sughero cominciano ad oscillare su e giù in direzione perpendicolare alla superficie dello stagno.
Facciamo cadere un sassolino in un certo punto della vasca.
Analizziamo che cosa è successo
La caduta del sasso (sorgente) ha prodotto una perturbazione meccanica che nasce nel punto di cadutaLa perturbazione provoca l’oscillazione (in direzione verticale) dei pezzetti di sughero
La perturbazione nata nel punto di caduta è sentita prima dai pezzetti di pezzetto più vicino e poi dagli altri.La perturbazione si propaga (nel mezzo acqua) in direzione radiale; l’oscillazione avviene in direzione perpendicolare alla direzione di propagazione
Si dice che è una perturbazione trasversale
Il sasso (che ha una massa; proprietà meccanica) cadendo altera l’equilibrio meccanico del sistema
La perturbazione (meccanica) può essere studiata attraverso l’analisi della posizione o della forza di richiamo (grandezze meccaniche) dei pezzetti di sughero rispetto al pelo dell’acqua all’equilibrio
La velocità di propagazione della perturbazione e l’ampiezza di oscillazione dei pezzetti di sughero dipendono dalla massa e dall’altezza da cui cade il sassolino e dalla viscosità dell’acqua (caratteristiche meccaniche)
In sintesi - Esiste la sorgente meccanica della “perturbazione” (la pietra che cade)- La perturbazione si propaga in mezzo che ha certe proprietà meccaniche (viscosità, elasticità)- La perturbazione viene rivelata attraverso una proprietà meccanica (posizione del pezzetto di sughero o forza di richiamo)
Se continuiamo a far cadere sassolini con una cadenza opportuna (che dipende dalle viscosità dell’acqua) possiamo mantenere in oscillazione tutti i pezzettini di sughero contemporaneamente.
r, t
Se fotografiamo la quota (rispetto al pelo dell’acqua in equilibrio)dei vari pezzetti di sughero ad un certo istante y=y(r) e la quota di uno stesso pezzetto di sughero ad istanti successivi y=y(t), si osserva che le posizione fotografate stanno su una curva ben definita di tipo sinusoidale
La propagazione della perturbazione meccanica può essere studiata attraverso un modello matematico che si dice modello matematico ondulatorio o onda
Questo modello è comune ad altri tipi di perturbazioni anchelegate a altre proprietà dei sistemi fisici
La luce può essere trattata come è una perturbazione di natura elettromagnetica, la cui propagazione può essere studiata secondo un modello ondulatorio traversale
Perché la luce è perturbazione ?
Dal punto di vista della luce lo stato di equilibrio è il “BUIO”
Se sono in una stanza al “buio”, premendo il pulsante dell’interruttore altero questo stato perché la stanza si illumina
Il filamento delle lampadina diventa incandescente, la lampadina diventa una sorgente luminosa. E’ l’analogo del sasso gettato nello stagno
Dalla sorgente la “ perturbazione “ luce si irradia in tutta
la stanza, come le onde nello stagno
La radiazione dalla lampadina si propaga in tutte le direzioni con una velocità che vale 3.108 m/sec e si indica con c.
La lampadina emette “luce” perché la corrente che circola nelfilamento eccita lo stato energetico degli elettroni. Decadendo(con frequenze1015Hz), perdono l’energia che gli è stata fornita ed emettono la radiazione.
La perturbazione luminosa che è prodotta da cariche elettriche in movimento (elettrone che decade) si può propagare anche nel vuoto
Il mezzo in cui si propaga una radiazione luminosa è caratterizzato dall’indice di rifrazione legato alle proprietà elettromagnetiche del mezzo
Onde
ampiezza
lunghezza d’onda (λ)
La radiazione elettromagnetica trasporta un’energiaenergia che aumenta al diminuire della sua lunghezza d’onda
Un’onda è caratterizzata da una lunghezza d’onda e da un’ampiezza
Onde elettromagnetiche
IR - VISIBILE - UV = 1mm – 10-9mcalore, luce, reazioni chimiche
RAGGI X – RAGGI GAMMA = 10-8 – 10-12mradiografie
MICROONDE = 10cm – 1mmradar, telefono, forni
ONDE RADIO = 1km – 10cmtrasmissioni radio-televisive
1fm 1pm 1nm 1μm 1mm 1m
RAGGI GAMMA
RAGGI X
ULTRA-VIOLETTO
INFRA-ROSSO
MICRO-ONDE
ONDERADIO
Lo spettro elettromagnetico
LUNGHEZZA D’ONDA (m)
VISIBILEVISIBILE
10-14 10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 1 102
ENERGIA
Colori e lunghezza d’onda
Ciascun colore corrisponde ad una radiazione elettromagnetica di diversa lunghezza d’onda
COLORE
LUNGHEZZA D’ONDA (nm)
violetto 380-430
azzurro 430-470
verde 470-520
giallo 520-590
arancione
590-610
rosso 610-750
L’occhio umano è sensibile solo ad una piccola parte dello spettro elettromagnetico: la luce VISIBILE
Perché vediamo gli oggetti?
Perché vediamo gli oggetti?
Noi vediamo gli oggetti perché da essi partono radiazioni luminose che giungono al nostro occhioUna SORGENTE SORGENTE LUMINOSALUMINOSA emette luce propria, mentre gli OGGETTI OGGETTI ILLUMINATIILLUMINATI diffondono in tutte le direzioni la luce da cui vengono investiti.
Che cos’è la luce?
TEORIA TEORIA CORPUSCOLARECORPUSCOLARE
fotoni
UN FLUSSO DI UN FLUSSO DI PARTICELLE PARTICELLE MICROSCOPICHMICROSCOPICHEE
emesse a ritmo continuo dalle sorgenti luminose
Che cos’è la luce?
UN FLUSSO DI UN FLUSSO DI PARTICELLE PARTICELLE MICROSCOPICHMICROSCOPICHEE
emesse a ritmo continuo dalle sorgenti luminose
UN’ UN’ ONDAONDA
cioè energia che si propaga
TEORIA TEORIA CORPUSCOLARECORPUSCOLARE TEORIA ONDULATORIATEORIA ONDULATORIA
fotoni
La velocità della luce
c= 300 000 km / sc= 300 000 km / sLa luce proveniente dal sole impiega circa 8 minuti per arrivare a noi.
La luce può propagarsi in un mezzo trasparente (aria, vetro, acqua) ma anche nel VUOTO.
La sua velocità nel vuoto è
Sole
Terra
150 milioni di km = 8 minuti-luce
La propagazione della luce: le ombreLa luce si propaga in linea retta
La propagazione della luce: le ombre
ombra
cono d’ombra
Sorgentepuntiforme
La luce si propaga in linea retta
oggetto opaco
La propagazione della luce: le ombre
ombra
cono d’ombra
Sorgentepuntiforme
La luce si propaga in linea retta
oggetto opaco
Sorgenteestesa
P
penombraC
ombra
La propagazione della luce: le ombre
SOLE
LUNA
TERRA
eclisse parziale
eclisse totale
La luce si propaga in linea retta
Sorgentepuntiforme
ombra
cono d’ombraoggetto opaco
Le proprietà della luce
Cosa avviene quando la luce colpisce un oggetto?
Le proprietà della luce
Cosa avviene quando la luce colpisce un oggetto?
… può essere riflessa …
… trasmessa …
… assorbita e poi riemessa …
Le leggi della riflessione
i
Superficie riflettente liscia (specchio)
raggio incidente
Le leggi della riflessione
i r1
Superficie riflettente liscia1a legge: il raggio incidente, il raggio riflesso e la normale alla superficie riflettente giacciono nello stesso piano
2a legge: l’angolo di incidenza è uguale all’angolo di riflessione i=r1
i=r1raggio incidente
raggio riflesso
Riflessione su uno specchio piano
oggetto
Riflessione su uno specchio piano
oggetto
P
C
Riflessione su uno specchio piano
LEZIONI DI OTTICA per le scuole medie F.Menchini 1-10
oggetto
P
C
L’immagine è VIRTUALE, delle stesse dimensioni dell’originale, DRITTA, ma NON E’ SOVRAPPONIBILE ALL’ORIGINALE
Riflessione su uno specchio piano
oggetto
P
C C’
P’
immagine
Riflessione su uno specchio concavo
oggetto
Riflessione su uno specchio concavo
oggetto
P
C
Riflessione su uno specchio concavo
oggetto
P
C
Riflessione su uno specchio concavo
oggetto
P
C
Riflessione su uno specchio concavo
L’immagine è REALE, rimpicciolita e CAPOVOLTA
oggetto
P
CP’immagin
e
C’
Riflessione su uno specchio convesso
oggetto
Riflessione su uno specchio convesso
oggetto
P
C
Riflessione su uno specchio convesso
oggetto
P
C
Riflessione su uno specchio convesso
L’immagine è VIRTUALE, rimpicciolita e DRITTA
oggetto
C’
P’
P
immagine
C
Le leggi della rifrazione
ii
raggio incidente
raggio incidente
Le leggi della rifrazione
i r1
i r1
raggio riflesso raggio
riflesso
raggio incidente
raggio incidente
Le leggi della rifrazione
i r1
r2
i r1
raggio incidente
raggio riflesso raggio
incidente
raggio riflesso
raggio rifratto
Le leggi della rifrazione
i r1
r2
i r1
r2
1a legge: il raggio incidente, il raggio rifratto e la normale alla superficie giacciono nello stesso piano
2a legge: quando un raggio luminoso passa da un mezzo meno “denso” a uno più “denso” si avvicina alla normale; se passa da un mezzo più “denso” ad uno meno “denso” si allontana dalla normale
raggio riflesso
raggio incidente
raggio riflesso
raggio incidente
raggio rifratto
raggio rifratto
Legge Snell-Descartes
n2 sin r2 = n1 sin i
n è l’indice di rifrazione del mezzo in cui si propaga il raggio
Esempi di rifrazione
Il bastoncino spezzato
Esempi di rifrazione
Il bastoncino spezzato
Un bastoncino immerso parzialmente in acqua sembra spezzato
Esempi di rifrazione
Il bastoncino spezzato
Un bastoncino immerso parzialmente in acqua sembra spezzato
PP’
A causa della rifrazione, gli oggetti in acqua appaiono più in alto di dove realmente si trovano
Esempi di rifrazione
aria sempre più calda e quindi sempre meno densa sabbia
bollente
Il miraggio
Riflessione totale
Riflessione totale
Riflessione totale
Se la luce passa da un mezzo meno denso a uno più denso incidendo con un angolo superiore di un ANGOLO LIMITE, essa viene riflessa totalmente
alim alim
Riflessione totale
Se la luce passa da un mezzo meno denso a uno più denso incidendo con un angolo superiore di un ANGOLO LIMITE, essa viene riflessa totalmente
alim alim
PRISMA a riflessione totale
Riflessione totale
Se la luce passa da un mezzo meno denso a uno più denso incidendo con un angolo superiore di un ANGOLO LIMITE, essa viene riflessa totalmente
FIBRA OTTICA
PRISMA a riflessione totale
alim alim
Esempi di riflessione totale
PERISCOPIOPERISCOPIO
Esempi di riflessione totale
PERISCOPIOPERISCOPIO
FIBRA OTTICAFIBRA OTTICA
Esempi di riflessione totale
PERISCOPIOPERISCOPIO
FIBRA OTTICAFIBRA OTTICA
Esempi di riflessione totale
PERISCOPIOPERISCOPIO
FIBRA OTTICAFIBRA OTTICA
Esempi di riflessione totale
PERISCOPIOPERISCOPIO
FIBRA OTTICAFIBRA OTTICA
Esempi di riflessione totale
PERISCOPIOPERISCOPIO
FIBRA OTTICAFIBRA OTTICA
