L’insegnamento della fisica e delle scienze nella scuola; proposte operative per un

approccio laboratoriale low-cost no cost

Raggi, Fasci di Luce ed Ombre

2progetto SCIENTIA MAGISTRA VITAE

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Come Vediamo ?

Vediamo quando la luce entra nei nostri Occhi

•Senza una sorgente di luce noi non vediamo;

•La luce è invisible a meno che non entri direttamente nei nostri occhi o è diffusa da fumo, nebbia o altri oggetti nei nostri occhi!

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Oggetti luminosi

(… producono luce)

• Luce da incandescenza: il processo di emissione dovuto ad alte temperature

• Luce da scariche elettriche: il processo di emissione dovuto ad elettricità che passa in un gas

• Luce da fluorescenza: il processo di emissione di luce visibile da sostanze che assorbono luce a differente, usualmente invisible, lunghezza d’onda.

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Oggetti NON luminosi

(… oggetti illuminati)

Ogni superfice, non riflettente, diffonde la luce; i fasci diffusi entrano nei nostri occhi. La diffusione della luce è un fenomeno chiave quando si parla di

“COME VEDIAMO”

Fasci diffusi

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Sorgente di Luce Puntiforme

Una sorgente puntiforme emette luce in tutte le direzioni, a raggiera

puntiforme è un oggetto le cui dimensioni sono piccole rispetto alle altre lunghezze in gioco (distanza di osservazione, dimensione dello strumento usato, etc.)

Sappiamo che la luce si attenua allontanandoci dalla sorgente. (Pensate al sole. Sarebbe accecante se fossimo più vicini)

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Sorgente di Luce estesa

Possiamo immaginare una sorgente estesa come un insieme di sorgenti puntiformi

Due sorgenti puntiformi appaiono così !

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Sorgenti di Luce puntiformi ed estese

una sorgente puntiforme

una sorgente estesa

1 cm

5 m

1 m

5 m

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Oggetti Trasparenti ed Opachi

oggetto trasparente

oggetto opaco

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Fascio di Luce

Fisicamente esistono solo Fasci di Luce!Raggio è un modello matematico, utile in molte rappresentazioni, non è un oggetto fisico! Possiamo realizzare fasci di luce, non raggi di luce.Spesso Raggio di Luce è usato al posto di Fascio di Luce.

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Sorg. puntiforme

Muro

Fasci BLOCCATI dal libro

Ombre appaiono quando i fasci sono bloccati

Fasci NON bloccati dal libro

Cosa succede all’ombra se allontaniamo il libro dal muro ?

non bloccati

non bloccati

Le due parti di penombra sono illuminati solo da una lampada. L’ombraombra non è illuminata da alcuna sorgente. La regione luminosa riceve luce da entrambe le lampadine.

Om

bra

Libro

Muro

2 sorgenti puntiformi

AB

ombra

Librolumin.lumin.

penombrapenombra

penombrapenombra

lumin.lumin.

bloccati

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OmbraOmbra & Penombra

2 sorgenti puntiformi

AB

ombra

Librolumin.lumin.

penombrapenombra

penombrapenombra

luminosoluminoso

Muro

La luce da A non raggiunge questa penombra

La luce da B non raggiunge questa penombra

Possiamo estendere il concetto di ombraombra e penombrapenombra allo spazio anche in assenza di muri e schermi!

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Ombre da Sorgenti Estese

Due sorgenti producono due ombre.

La regione di sovrapposizione è l’ombra.

La penombra è illuminata dai fasci di una sola sorgente.

Ancora ombre

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Eclisse di Sole Visto dallo Spazio

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Uso delle Ombre in Medicina

La radiografia altro non è che la foto dell’ombra dei raggi X.

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L’Ombra ci Dice che:

A) la luce viaggia in linea retta;

B) vi è qualcosa che blocca la luce;

C) da quale direzione ci arriva la luce.

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Sorgenti ed Oggetti EstesiUn “oggetto esteso" consta di tante piccole parti che possiamo considerare “punti”. Ciascun punto dell’ooggetto emette o riflette fasci in tutte le direzioni (a meno che l’oggetto non sia uno specchio)

Fasci Incidenti provenienti da una lampada smerigliata

MOLTI fasci riflessi proven-gono da ciascun punto di Alex.Si tratta di reflessione diffusa

Molti fasci da differenti punti di una grande lampada opalina colpiscono il naso di Alex

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Più Fasci raggiungono il Naso, più Luminoso sarà

è il motivo per cui regioni fuori penombra e ombra sono più luminose•Tali regioni ricevono

luce da entrambe le sorgenti

più luce ricevono, più intensa è la luce riflessa dagli oggetti

Sorgente 2Sorgente 2

Sorgente 1Sorgente 1

Fasci riflessi Fasci riflessi della sorgente 1della sorgente 1

Fasci riflessiFasci riflessidella sorgente 2della sorgente 2

L’occhio vede il naso più luminoso quando ci sono 2

sorgenti

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Immagine? (dal Devoto-Oli)

Immagine : figura di un oggetto luminoso fornita da uno strumento ottico; ogni suo punto è l’incontro dei raggi provenienti solo da un corrispondente punto dell’oggetto o loro prolungamenti

Siste

ma

Ottic

o

Un’immagine reale si forma su uno schermo quando alcuni fasci da ciascun punto di un oggetto raggiungono i corrispondenti punti sullo schermo e nessun altro fascio da altri punti dell’oggetto raggiungono tali punti

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Immagine Virtuale ?

Siste

ma

Ottic

o

Otteniamo una immagine virtuale di Alex. E’ virtuale (fittizia), non vi è luce lì, nessun fascio la raggiunge e non può essere raccolta mettendoci uno schermo. E’ solo psicologia dell’interpretazione dei fasci: noi istintivamente consideriamo i fasci che entrano nel nostro occhio viaggianti in linea retta anche se sono fasci deviati!

Prolungando, con rette, i fasci che fuoriescono da un sistema ottico, sembra che fasci provenienti dallo stesso punto di Alex provengano tutti da un differente punto.

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Camera Oscura (usando i raggi)

Camera Oscura

Lampada

Immaginelampada

raggi bloccati

Una immagine reale si forma su uno schermo quando uno o più raggi da ciascun punto dell’oggetto raggiunge i correspondenti punti sullo schermo e nessun altro raggio da altri punti dello oggetto raggiunge questi punti

• Notare che l’immagine è rovesciata (sotto-sopra) ed invertiva (destra-sinistra).La camera oscura funziona bloccando fasci

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Metodo Geometrico

L’immagine di Alex è più piccola o più grande del reale Alex?a) Piccolab) Grandec) Uguale

L’immagine di Alex è più piccola o più grande del reale Alex?a) Piccolab) Grandec) Uguale

Individuare l’immagine tracciando raggi.Tracciare raggi dall’oggetto, attraverso il foro, nella camera per costruire l’immagine, non fidarsi della propria intuizione!

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Dimensione del Foro

Più Grande è il foro, più luminosa e meno nitida è l’immagine ! … diametro

ottimale del foro (Lord Rayleigh):

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Camere Oscure a Gulu (nord Uganda)

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Camere Oscure naturali