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ESPERIENZA DI OTTICA ONDULATORIA
CLASSI QUARTE DI LICEO SCIENTIFICO
tempi: 2 ore
Diffrazione e frange d’interferenza – Misure di lunghezza d’onda
Prerequisiti:
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Definizioni e leggi di ottica geometrica
Principio di sovrapposizione e interferenza
Diffrazione
Reticolo di diffrazione
Obiettivi:
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Saper montare un banco ottico
Misurare il passo di un reticolo conoscendo la lunghezza d’onda λ della luce incidente
Misurare la lunghezza d’onda λ di un laser rosso
Misurare le lunghezze d’onda di una lampada fluorescente
Riferimenti teorici
Prima di far eseguire l’esperienza agli studenti sarà necessario fare una lezione teorica su come i fenomeni
di interferenza e diffrazione non possano essere compresi completamente utilizzando la sola ottica
geometrica. Tali fenomeni hanno origine nella natura ondulatoria della luce. Esistono situazioni nelle quali il
modello dell’ottica geometrica fallisce. La luce descritta come onda elettromagnetica diventa di
fondamentale importanza. ( lezione in ppt 1 ora)
Materiale per il montaggio del banco ottico
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Foglio di cartone rigido
Foglio bianco formato A3
Scotch carta
2 fili a piombo
Riga millimetrata
Staffe metalliche e mollette
Materiale per l’esperimento
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Luce laser rossa o verde
CD decorticato da 80 minuti usato come reticolo di diffrazione in trasmissione
Schermo opaco
Metro e squadra
Mollette
Lampada fluorescente
Per spiegare cosa avviene considerando un’onda che incide su due fenditure sottili S1 e S2 che si trovano
alla distanza d. A distanza L(molto più grande di d) si posiziona lo schermo opaco su cui si vedranno le righe
verticali chiare e scure. Nel punto P, n = 0, si ha il massimo della luce (ordine zero) e corrisponde al fatto
che le due onde hanno fatto lo stesso cammino ottico.
Se le due onde hanno fatto due percorsi, due cammini ottici, diversi si avrà la seguente situazione
Nel punto PI, n = 1; si avrà un’altra riga luminosa; la differenza tra i cammini ottici, S2H, deve essere proprio
uguale a una lunghezza d’onda. I due angoli congruenti in fig verranno chiamati δ. Il triangolo S1S2H è
rettangolo in H quindi Δλ=S2H = dsenδ = nλ
Il numero n è detto ordine della frangia luminosa.
Se Δλ (la differenza di cammino) è un numero dispari di mezze lunghezze d’onda allora si osserva una zona
scura. Δλ = (2n+1) λ/2
Per il calcolo di sen δ basta fare il rapporto tra PPI e OPI
Se la sorgente è un fascio di luce bianca si possono osservare le frange d’interferenza per ciascuna
lunghezza d’onda e quindi per ciascun colore.
Per analizzare la luce basta munirsi di un reticolo; un reticolo di diffrazione forma delle figure d’interferenza
ossia una serie di frange luminose nette e ben spaziate e il loro numero dipende dal numero di fenditure
del reticolo. Nella prima esperienza utilizziamo un pezzo di CD decorticato ( trasparente) come reticolo in
quanto su di esso è inciso un insieme di linee molto denso. La distanza tra le linee è confrontabile con la
lunghezza d’onda della luce, per questo si può notare il fenomeno della diffrazione.
MONTAGGIO DELLE ESPERIENZE
1. Uso del CD come reticolo in trasmissione
2. Misura del passo d del reticolo
3. Misura di λ
COME MISURARE IL PASSO DI UN CD
Si fissa il laser rosso (perché si conosce bene la sua lunghezza d’onda( 650nm)