DI
ROSSELLA D’ANGELO
CLASSE IV B
Anno 2006/2007
OTTICA
Scienza che studia la natura, la formazione e la
propagazione della luce. Dal punto di vista fisico, l’ottica intesa come
studio del fenomeno luminoso non è che una piccola parte della teoria
delle onde elettromagnetiche. Tuttavia,durante il XVII,XVIII e XIX sec.,
prima che Maxwell chiarisse la natura della luce i fisici cercarono
interpretazioni e modelli dei fenomeni luminosi osservati. Newton,
Huygens, Descartes, Young, Fresnel e altri arrivarono a formulare
leggi e principi dell’ottica che, nell’uso, sono preferiti alle equazioni di
Maxwell, le quali sono generali ma di difficile soluzione. Per questo
ancora oggi si parla di
OTTICA GEOMETRICA,
ONDULATORIA,QUANTISTICA, indicando con
questi aggettivi i tipi di fenomeni luminosi.
OTTICA GEOMETRICA = Idealizza il fenomeno
luminoso come raggio o fascio di raggi che passa da un punto
A a un punto B in modo da rendere il cammino ottico minimo.
Dal PRINCIPIO DI FERMAT(cioè il percorso fra due punti preso
da un raggio di luce è quello che è attraversato nel minor
tempo) si possono far discendere:
LEGGI DELLA PROPAGAZIONE RETTILINEA;
RIFLESSIONE;
RIFRAZIONE;
La luce si propaga in linea retta. Diventa perciò naturale
considerare un fascio di luce come un insieme di sottili fascetti
rappresentabili mediante rette che ne individuano la direzione
di propagazione. Questi modelli geometrici dei fascetti luminosi
vengono denominati raggi di luce.
PROPAGAZIONE DELLA LUCE = In un mezzo omogeneo,
caratterizzato cioè dalle stesse proprietà, la luce si propaga
lungo traiettorie rettilinee, chiamate raggi. La velocità di
propagazione nel vuoto rappresenta una costante della natura,
il cui valore, generalmente indicato con la lettera c, si
approssima a 3x10^8 m/s
Se sostituiamo l’apertura con un ostacolo
opaco,otteniamo un ombra netta,in caso di
sorgente puntiforme
S
SORGENTE
PUNTIFORME
SCHERMATA DI
OSSERVAZIONE
… altrimenti per sorgenti estese, effetti di
penombra
S
OGGETTO
Quando in un fascio tutti i raggi provengono da una stessa
direzione(sorgente lontana), il fascio si dice parallelo;
Se i raggi si allontanano sempre più gli uni dagli altri nel senso
in cui si propaga la luce, il fascio è divergente, in caso
contrario è convergente.
L’asse dell’angolo solido che ha vertice in un punto qualsiasi di
un oggetto illuminato o di una sorgente e delimitato dal fascio
che entra nel nostro occhio si chiama raggio visivo;
Il campo di uno strumento ottico è il contorno all’interno del
quale si deve trovare un punto dell’oggetto esaminato per
essere effettivamente visto;
RIFLESSIONE = Fenomeno per cui i raggi luminosi
vengono riflessi dalla superficie di separazione di due mezzi di
natura fisica diversa.
RIFRAZIONE = Si verifica ogni qual volta un
raggio luminoso, nel passare da un mezzo
trasparente ad un altro, muta la sua direzione in
modo da avvicinarsi alla normale nel punto di
incidenza. Se il secondo mezzo è più rifrangente del
primo, allontanandosi nel caso contrario.
ATTREZZI UTILIZZATI:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
Base di legno;
Lunghezza delle due assicelle verticali = 65cm;
Distanza dal piano di appoggio(dove è appoggiata la
lampadina) al primo foglio = 25cm;
Distanza dei fogli = 10cm;
Distanza dal quarto foglio al translucido = 10cm;
Batteria della lampadina = 4,5V
Ora facciamo la distinzione tra
sostanze:
OPACHE
TRASPARENTI
TRANSLUCIDE
Le sostanze si dicono opache(legno, ferro) se non si lasciano
attraversare dalla luce, che viene assorbita o riflessa o diffusa;
Le sostanze si dicono trasparenti(acqua, vetro) se si lasciano
attraversare dalla luce e quindi consentono di vedere nitidamente un
oggetto anche se vengono messe tra esso e l’osservatore;
Le sostanze si dicono translucide(vetro smerigliato,fogli lucidi satinati
…) se si lasciano attraversare in parte dalla luce, non permettendo
però di vedere nettamente gli oggetti;
Si prendono 4 cartoncini, si tracciano le diagonali e il centro
FORO = 1CM(DIAMETRO), perché
1)
l
visibile= 8x10^-7
d>>l
4x10^-7
il diametro è molto maggiore della lunghezza visibile
RAGGIO LUMINOSO = Si parla di OTTICA GEOMETRICA E NON DI
OTTICA ONDULATORIA
L’ottica ondulatoria studia i fenomeni in cui
interviene la natura vibratoria della luce
ONDE RADIO
INFRAROSSO
VISIBILE
ULTRAVIOLETTO
RAGGI X
RAGGI GAMMA
FREQUENZA(Hz)
LUNGHEZZA
D’ONDA(m)
< 3x10^11
3x10^11
3,75x10^14
3,75x10^14
7,5x10^14
7,5x10^14
7,5x10^16
7,5x10^15
7,5x10^20
> 3x10^18
>10^-3
10^-3 8x10^-7
8x10^-7
4x10^-7
4x10^-7
4x10^-9
4x10^-8 4x10^13
< 10^-10
Se noi restringessimo sempre più il foro, sempre più l’apertura,
i raggi non saranno più rettilinei, ma sempre più circolari
DIFFRAZIONE = Fenomeno che si verifica ogni qualvolta
un’onda elettromagnetica, in particolare la luce, incontra un
ostacolo che interrompe il fronte d’onda, in genere un foro
ovvero una fenditura le cui dimensioni sono paragonabili con la
lunghezza d’onda della radiazione. La luce dopo essere deviata
interferisce dando origine a delle frange di diffrazione
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
Si dispongano i 4 cartoncini sui pianetti orizzontali di 2 assicelle
parallele disposte verticalmente;
Si passi un cordoncino nei fori, per vedere se essi sono disposti ben
allineati;
Si fissino i 4 cartoncini con del nastro adesivo e si toglie il
cordoncino;
Tra le due assicelle, sul piano di appoggio si metta una lampadina;
In cima alle due assicelle, si fissi con del nastro adesivo un pezzo di
carta translucida;Al centro del foglio si faccia una macchia dell’olio o
del grasso, in modo da renderla più trasparente alla luce;
Quando la lampadina si accenderà, si vedrà sulla macchia d’olio un
cerchietto luminoso;
Se spostassimo uno qualsiasi dei cartoncini forati, il cerchietto
scompare;
Questo semplice esperimento suggerisce il seguente modello di
propagazione della luce:una sorgente, la lampadina nel nostro caso,
emette raggi luminosi in ogni direzione, un fascetto di raggi, avente
la stessa direzione di fori allineati, li attraversa tutti e illumina la
macchia d’olio. La LUCE SI PROPAGA RETTILINEAMENTE.
Il modello accennato permette di introdurre la nozione di RAGGIO
LUMINOSO e di porla a fondamento di una parte della fisica che
chiamiamo appunto OTTICA DEI RAGGI, o OTTICA GEOMETRICA.
CARTONCINO CON LE DIAGONALI
CARTONCINO CON IL FORO
Base in legno fatta con due assicelle
parallele disposte verticalmente e
corredata di pianetti orizzontali
Pila con batteria da 4,5v
Piano corredato dai 4 cartoncini
Propagazione della luce in forma
rettilinea
RENDERLA PIU’ TRASPARENTE ALLA LUCE
ALL’ESTREMITA’ DEL PIANO ABBIAMO
INSERITO UN FOGLIO TRANSLUCIDO E ABBIAMO
VERSATO DELL’OLIO IN MODO DA
VI RINGRAZIO PER L’ATTENZIONE E UN
RINGRAZIAMENTO PARTICOLARE AL
GENTILISSIMO PROF.PICCOLO
