Gli spunti dell’ottica nella fisica
moderna
Dei gruppi:
Luce 1 - Bertoni Francesco, Bossini
Davide, Brignani Sara, Crescini
Elisabetta.
Luce 2 - Agostini Alessandro, Donati
Riccardo, Marini Claudio,
Mazza Leonardo.
La teoria ondulatoria
La teoria ondulatoria della luce interpreta il fenomeno della luce
come un’onda elettromagnetica, ossia come una variazione
periodica dei campi elettrico e magnetico nello spazio e nel tempo.
La luce si propaga anche nel vuoto a velocità costante c, all’incirca
3x108 m/s
Le esperienze che avvalorano questa teoria sono:
- interferenza
- diffrazione
-Polarizzazione
La relazione tra colore della luce e frequenza dell’onda luminosa è
invece evidenziata dall’esperimento di:
- assorbimento
La teoria dei quanti
La teoria dei quanti viene introdotta per spiegare vari fenomeni, tra cui
gli spettri e l’effetto fotoelettrico.
La base della teoria dei quanti è l’ipotesi di Planck che la radiazione
elettromagnetica interagisca con la materia mediante scambi di
“pacchetti di energia” discreti.
In base a questa teoria la luce viene interpretata come composta da
fotoni, quanti di energia successivamente misurati.
La polarizzazione e la teoria dei quanti
Come si comportano i fotoni di fronte a una lastra polaroid?
Luce polarizzata
verticalmente
Fotoni
Luce polarizzata
verticalmente
Fotoni
Luce polarizzata
verticalmente
Fotoni
Fotoni
Nessun fotone
Sperimentalmente
metà fotoni
La polarizzazione è un effetto che quantisticamente non può più essere
interpretato a livello di evento singolo, mentre va considerato in termini
statistici.
Natura ONDULATORIA della luce
Causa
Interferenza e diffrazione
Fenomeno per cui due o più raggi
luminosi monocromatici, che si
dipartono da sorgenti distinte,
interagendo vanno a formare, su
uno schermo, uno spettro
costituito da parti luminose
intervallate da zone d’ombra.
E’ l’interferenza tra infinite
fenditure, che si manifesta nel
momento in cui il raggio
luminoso incontra una fenditura
più piccola della sua lunghezza
d’onda.
I due raggi possono interagire con:
-INTERFERENZA COSTRUTTIVA che comporta
un’onda risultante ad intensità doppia
- MEDIA DELLE INTENSITA’
- INTERFERENZA DISTRUTTIVA che comporta
l’annullamento dell’intensità
Esperienza di Young
-Dal laser parte un fascio di
luce monocromatica
-Attraversa due fenditure
-Si proietta sullo schermo
-Genera una traccia che viene
letta dal sensore
Calcolo l luce monocromatica (laser rosso):
d = 0,25mm
D = 900 ±5mm
S
y= 2,3 ±0,01mm
y=D * tg ( negli angoli molto piccoli)
S=M*l
=y / D
S=d*sin ( negli angoli molto piccoli)
S=d*y
Condizione di massimo interferenza
con M intero
l = y*d
MD
D
l = 640 ± 40nm (valore strumento 660-680nm)
Interferenza e Diffrazione normalizzata
Intensità di luce (%)
utilizzando un’apertura del sensore minore (passa meno luce)
Posizione (cm)
Intensità di luce (%)
Interferenza e diffrazione a parità di condizioni
Posizione (cm)
POLARIZZAZIONE
• La polarizzazione di un fascio luminoso è la direzione che
definisce il piano di oscillazione del campo
elettromagnetico
• Un polarizzatore è lo strumento che limita il passaggio
delle radiazioni luminose
• Legge di Malus: I=Iocos2ø
• I
Intensità della luce polarizzata
• Io
Intensità della luce iniziale
• ø
Angolo formato dai due assi di polarizzazione
SVOLGIMENTO
• Strumenti della I fase dell’esperimento: 2 polarizzatori ,
fotometro di Bunsen con filtri, 2 sorgenti luminose
• Fase I: calibrare, e risalire, attraverso i filtri del fotometro e
l’intensità luminosa, all’ampiezza dell’angolo degli assi dei
polarizzatori. Dimostrazione della legge di Malus
• Strumenti II fase dell’esperimento: 2 polarizzatori,
fotodiodo, 1 sorgente luminosa, Voltmetro
• Fase II: attraverso l’uso del fotodiodo ulteriore
dimostrazione con i dati ottenuti della legge di Malus
GRAFICO DELLA FASE I
I/I0
1
Dati
sperimentali
cos ^2
0,8
0,6
cos
0,4
cos ^1/3
0,2
0
0
20
40
60
80
gradi
GRAFICO FASE II
I/I0
1,20
1,00
fotodiodo
teorico
fotometro
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
0
50
100
150
200
gradi
CONCLUSIONE
• Attraverso i dati ottenuti dalla prima fase, è stata
dimostrata la legge di Malus
• Sfruttando questa legge è stato possibile
confrontare i dati teorici con i nostri dati
sperimentali
• Valutazione finale dell’errore: strumenti ed
operatore
• L’esperimento mette in evidenza la natura
ondulatoria della luce
Esperimento sull’assorbimento
Strumenti
utilizzati
Filtro. Nella prima
Monocromatore
Consente di
selezionare una
sola frequenza
Sorgente di
Fibra ottica.
luce bianca
(policromatica).
Essa emette luce
a più frequenze.
Essa consente di
“trasportare” la
luce con una
dispersione
pressoché nulla.
misurazione era
assente, nelle
successive sono stati
usati vetrini di diverso
colore
Misuratore di
intensità. Misura
l’intensità di una data
frequenza luminosa.
Obiettivo dell’esperimento:
Misurare l’intensità di ogni frequenza emessa dalla sorgente luminosa
prima senza filtri poi con tre filtri (vetrini) di diversi colori.
Valutare la relazione tra intensità della sorgente e intensità della
sorgente filtrata.
Il colore della serie corrisponde al colore del
vetrino (la serie nera corrisponde alla sorgente)
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
300
350
400
450
Asse ordinate: Potenza luce [nW]
500
550
600
650
Asse ascisse: Lunghezza d’onda [nm]
700
