LA LUCE. I pezzettini di sughero, la superficie dell’acqua, costituiscono un sistema meccanico in...

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


ombra

cono d’ombra

Sorgentepuntiforme


oggetto opaco

Sorgenteestesa

P

penombraC

ombra


SOLE

LUNA

TERRA

eclisse parziale

eclisse totale


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


oggetto

P

C


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


oggetto

P

C C’

P’

immagine

Riflessione su uno specchio concavo

oggetto


oggetto

P

C


L’immagine è REALE, rimpicciolita e CAPOVOLTA

oggetto

P

CP’immagin

e

C’

Riflessione su uno specchio convesso

oggetto


oggetto

P

C


L’immagine è VIRTUALE, rimpicciolita e DRITTA

oggetto

C’

P’

P

immagine

C

Le leggi della rifrazione

ii

raggio incidente

raggio incidente


i r1

i r1

raggio riflesso raggio

riflesso

raggio incidente

raggio incidente


i r1

r2

i r1

raggio incidente

raggio riflesso raggio

incidente

raggio riflesso

raggio rifratto


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



Un bastoncino immerso parzialmente in acqua sembra 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


aria sempre più calda e quindi sempre meno densa sabbia

bollente

Il miraggio

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


alim alim

PRISMA a riflessione totale

Riflessione totale


FIBRA OTTICA

PRISMA a riflessione totale

alim alim

Esempi di riflessione totale

PERISCOPIOPERISCOPIO

Esempi di riflessione totale

PERISCOPIOPERISCOPIO

FIBRA OTTICAFIBRA OTTICA

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