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LABORATORIO
61 LE LEGGI DELLA RIFRAZIONE
M O M E N T O
S P E R I M E N T A L E
Presentazione dell’esperienza
La deviazione che subisce un raggio di luce nel passaggio da un mezzo a un altro viene studiata in questa esperienza grazie a un blocchetto di plexiglas di forma semicilindrica. Questa forma particolare consente di ottenere una semplificazione del fenomeno da esaminare, come
viene spiegato nel procedimento. Inoltre, non è necessario disporre di una fonte di luce per produrre il raggio,
ma si utilizzerà l’allineamento ottico tra due coppie di
spilli, sfruttando la proprietà della propagazione rettilinea della luce.
Linea di
incidenza
Materiale occorrente
•
•
•
•
•
•
blocchetto di plexiglas di forma semicilindrica
4 spilli con capocchia colorata
foglio di sughero
goniometro
squadretta
compasso
perpendicolare
raggio
incidente
i
Procedimento
• Si copre il foglio di sughero con un foglio di carta bianca e si traccia al centro del foglio una linea retta che
chiameremo “linea di incidenza”.
• Si dispone il blocchetto di plexiglas di piatto sul foglio
di carta, allineando la faccia rettangolare con la linea
di incidenza.
• Si piantano verticalmente due spilli nel foglio di sughero, allineati in modo tale che puntino verso il centro
della faccia rettangolare del blocchetto. Il raggio luminoso individuato dall’allineamento dei due spilli entra
nel blocchetto e viene deviato, a causa della rifrazione. Poiché il punto di ingresso è il centro della sezione semicircolare del blocchetto, il raggio attraverserà
l’altra faccia del blocchetto in direzione perpendicolare ad essa, quindi senza subire ulteriori deviazioni.
• Dalla parte opposta del blocchetto, si piantano altri
due spilli nel foglio di sughero, che risultino allineati
con i primi due, osservando tale allineamento attraverso il blocchetto.
• Si tracciano sul foglio di carta le rette che congiungono le due coppie di spilli e la perpendicolare alla linea
di incidenza. La prima coppia di spilli individua il raggio incidente, e la seconda coppia il raggio rifratto.
• Con il goniometro, si misurano l’angolo di incidenza e
l’angolo di rifrazione del raggio di luce, rispetto alla
perpendicolare.
• Si ripetono tre o quattro volte le misure, con angoli di
incidenza diversi. Per ottenere questo risultato, conviene spostare solo lo spillo esterno della prima coppia, in modo che il punto di incidenza sia sempre lo
stesso.
linea di incidenza
raggio
rifratto
r
Considerazioni
Gli spilli devono essere piantati ben in verticale, per consentire un buon allineamento, e devono essere disposti a
pochi centimetri fra loro e a pochi centimetri dal blocchetto. Distanze maggiori renderebbero difficile l’operazione di traguardo in trasparenza per effettuare gli allineamenti.
Conviene controllare tutti gli allineamenti prodotti guardando sia dalla parte del raggio rifratto, sia da quella del
raggio incidente.
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S C H E D A
D I
L A B O R A T O R I O
a. Per ogni misura effettuata, calcola l’angolo di deviazione (d), eseguendo la differenza tra l’angolo di incidenza (i) e l’angolo di rifrazione (r): d = i – r
Riporta i dati raccolti e i risultati dell’operazione in una
tabella del genere:
i(°)
r(°)
d(°)
b. Che cosa puoi osservare sull’andamento dell’angolo di
rifrazione e dell’angolo di deviazione, al variare dell’angolo di incidenza? Esiste una proporzionalità diretta
tra queste due grandezze?
c. Che cosa avviene, se si invia il raggio incidente lungo
la perpendicolare alla linea di incidenza?
d. Per ogni misura effettuata, traccia con il compasso un
cerchio di raggio qualsiasi, centrato sul punto di incidenza (vedi figura) e misura la lunghezza delle semicorde i ed r.
e. Calcola l’indice di rifrazione n con la seguente formula: n = i / r
f. Riporta le misure effettuate e i risultati dei calcoli in
una tabella del genere:
i (cm)
r (cm)
n
g. Determina il valore medio (e l’errore assoluto) dell’indice n trovato in questa serie di misure e confrontalo
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con il valore dell’indice di rifrazione del plexiglas riportato in tabella sul libro di testo.
Considerazioni finali
a. I risultati ottenuti sono quelli che ti aspettavi dalla teoria riguardante la rifrazione della luce?
b. L’indice di rifrazione che hai trovato corrisponde a
quello riportato in tabella per il plexiglas?
c. Quali difficoltà hai incontrato, nell’eseguire questa
esperienza?
d. Che cosa muteresti nell’esperienza, per renderla più
efficace?
e. Vuoi aggiungere qualcos’altro, a completamento della
Scheda?
N O T E
P E R
L ’ I N S E G N A N T E
Nella descrizione dell’esperienza, si parla genericamente
di “indice di rifrazione”. In effetti, quello che si trova è
l’indice di rifrazione relativo tra il plexiglas e l’aria, mentre in tabella è riportato l’indice di rifrazione assoluto del
plexiglas. Ma non è il caso di calcolare l’indice di rifrazione relativo, per confrontarsi con questo valore; infatti,
l’errore di misura e la stessa incertezza con cui viene tabulato il valore dell’indice sono maggiori dell’errore che
viene commesso trascurando questo calcolo.
Poiché molti studenti possiedono calcolatrici dotate delle
funzioni trigonometriche, si può introdurre l’uso della
funzione seno per il calcolo dell’indice di rifrazione, utilizzando la formula:
sin i
n=
sin r
La semplificazione che risulta dall’utilizzo del calcolo trigonometrico, rispetto alla costruzione geometrica richiesta dalla Scheda di laboratorio, rende più agevole l’accostamento degli studenti a tale settore della matematica che probabilmente incontrano in questa occasione per
la prima volta.