AURORA PRATILLO
2M
LA DIREZIONE DELLA LUCE
INTRODUZIONE: La direzione della luce
Con questa simulazione è possibile studiare il percorso di un raggio di luce
che colpisce la superficie di separazione tra due mezzi trasparenti con
diversi indici di rifrazione, al variare dei due mezzi (aria, vetro, acqua) e
dell’angolo d’incidenza del raggio. Inoltre, si possono fare esperimenti con
vari prismi, e comprendere i meccanismi che originano l’arcobaleno.
- SPERIMENTIAMO
Considera la finestra “Riflessione e rifrazione”. Schiaccia il pulsante
rosso per emettere il raggio di luce, e sposta il puntatore laser per
modificarne l’angolo d’incidenza.
1. Cosa succede al raggio di luce che colpisce la superficie di
separazione fra i due mezzi?
Il raggio di luce viene riflesso e rifratto.
2. Qual è la relazione fra l’angolo d’incidenza e quello di riflessione
rispetto alla perpendicolare alla superficie di separazione dei due
mezzi? Per misurare gli angoli, puoi utilizzare il goniometro, e
visualizzare il raggio invece dell’onda. Modifica l’angolo d’incidenza e
ripeti l’esperimento.
L’angolo d’incidenza e quello di riflessione sono sempre congruenti
(seconda legge di rifrazione)
3. Qual è la relazione fra l’angolo d’incidenza e quello di rifrazione
rispetto alla perpendicolare? Il raggio rifratto si allontana o si
avvicina alla perpendicolare? In che direzione si piega? Ripeti
l’esperimento modificando l’angolo d’incidenza.
Se il primo mezzo ha un indice di rifrazione minore del secondo
mezzo, l’angolo d’incidenza sarà maggiore di quello di rifrazione
quindi il raggio rifratto è vicino alla perpendicolare.
4. Utilizza lo strumento che misura l’intensità della radiazione per
osservare quanta radiazione viene riflessa e quanta rifratta. Come
si modificano queste percentuali aumentando e diminuendo l’angolo
d’incidenza?
Se si aumenta l’angolo di incidenza, l’angolo di riflessione avrà
intensità maggiore, invece in quello di rifrazione sarà minore. Se si
diminuisce invece è il contrario.
5. Come variano l’angolo di riflessione e di rifrazione al variare
dell’indice di rifrazione n del mezzo sottostante? Esplora i diversi
materiali (aria, acqua, vetro). Come varia la quantità di radiazione
rifratta e riflessa?
6. Descrivi le differenze che osservi facendo passare il raggio di luce
dall’aria all’acqua o dall’acqua all’aria.
Siccome l’aria ha un indice di rifrazione minore a quello dell’acqua,
l’angolo d’incidenza sarà maggiore rispetto a quello di rifrazione.
Cambiando l’ordine dei due mezzi l’angolo d’incidenza sarà minore
rispetto a quello di rifrazione.
7. Utilizza la simulazione per verificare l’esistenza di un angolo critico,
nel passaggio da un mezzo con indice di rifrazione maggiore a un
mezzo con indice di rifrazione minore, oltre il quale non si verifica il
fenomeno della rifrazione. Cosa succede al raggio incidente in
questo caso?
Il raggio incidente viene riflesso
8. Determina sperimentalmente la relazione fra l’angolo d’incidenza θ1
e di rifrazione θ2, compilando la seguente tabella. Per semplicità,
considera soltanto i due casi in cui il raggio passa dall’aria all’acqua e
dall’acqua all’aria. La relazione cambia nei due casi?
θ1
θ2
n1
n2
n2/n1
0°
30°
45°
60°
90°
0°
30°
45°
60°
90°
0°
28°
33°
41°
90°
0°
43°
71°
Nessuno
90°
1
1
1
1
1
1.33
1.33
1.33
1.33
1.33
1.33
1.33
1.33
1.33
1.33
1
1
1
1
1
1.33
1.33
1.33
1.33
1.33
0.75
0.75
0.75
0.75
0.75
sen θ1/sen
θ2
0
1.08
1.29
1.32
1
0
0.73
0.75
Nessuno
1
Verifica le deviazioni e scomposizioni della luce con i diversi prismi
disponibili nella finestra “Dispersione ottica”. Puoi utilizzare luce
bianca o luce monocromatica (“un colore”).
1. La direzione della luce deviata da un prisma dipende dalla sua
lunghezza d’onda? Modifica il colore della luce incidente e verifica
cosa succede al raggio riflesso e a quello rifratto.
Il raggio rifratto si, quello riflesso invece no!
2. Qual è la forma del prisma che ti permette di disperdere meglio la
luce bianca nei suoi colori?
Il prisma piramidale, (credo).
3. Qual è il meccanismo attraverso il quale un prisma crea un
arcobaleno? Riesci a creare un arcobaleno? E un doppio arcobaleno?
La luce bianca “rompe” tutti i colori del prisma formando un
arcobaleno con tutti i colori.
1. Come varia la frequenza della radiazione passando da un mezzo più
denso a uno meno denso, e viceversa?
Se si passa da un mezzo più denso ad uno meno denso la frequenza
della radiazione aumenta mentre passando da quello meno denso a
quello più denso la frequenza diminuisce.
2. Come varia la velocità della luce c passando da un mezzo meno denso
a uno più denso? Utilizza l’apposito strumento per misurarla.
-
- PREVEDIAMO
Rispondi alle seguenti domande senza utilizzare la simulazione.
Verifica poi le tue previsioni facendo gli opportuni esperimenti con la
simulazione.
1. Che deviazione subisce un raggio di luce che si propaga da un mezzo
a un altro mezzo avente lo stesso indice di rifrazione?
Il raggio non viene deviato.
2. Un raggio di luce che incide su una superficie fra due mezzi diversi
in direzione perpendicolare alla superficie viene deviato? Cosa
succede a un raggio di luce che incide su un “prisma” a forma
sferica (analogo a quello della simulazione) in direzione radiale?
-No il raggio non viene deviato.
-Il raggio di luce non viene deviato.
3. Come variano la velocità e la lunghezza d’onda della luce che si
propaga dall’aria all’acqua?
La velocità è minore, la lunghezza d’onda è maggiore.
4. Un raggio di luce colpisce la superficie di separazione tra due mezzi
trasparenti. In quali condizioni il raggio incidente non viene
rifratto? In quali condizioni il fenomeno della rifrazione è massimo?
Il raggio incidente non viene rifratto se si trova a 0° o a 90°, il
fenomeno della rifrazione è massimo a 48° (aria, acqua) circa e a
42° circa (aria, vetro).
5. Come varia l’angolo di rifrazione al variare della lunghezza d’onda
della radiazione incidente?
Ogni volta che la lunghezza d’onda diventa maggiore l’angolo diventa
più ampio.
