Ottica
Un possibile
percorso
meglio
meglio
… per capirla
Prof. Luigi Oliva
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L’ottica è una branca della FISICA che studia i
fenomeni luminosi e può essere studiata secondo
sei teorie “incapsulate” una nell’altra.
Spesso le teorie fisiche nascono attraverso la
semplificazione degli elementi di
un’osservazione (riduzione della complessità,
separazione delle variabili).
Quando poi gli studi progrediscono vengono
ideate nuove teorie “più estese” che devono
comprendere le teorie precedenti (o almeno parti
di esse) come casi particolari. Queste ultime si
possono ancora utilizzare sotto determinate
ipotesi, che devono essere esplicitate.
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Le teorie che riguardano l’ottica sono le
seguenti:
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Ottica quantistica
Elettrodinamica di Maxwell
Ottica ondulatoria
Ottica geometrica
Ottica lineare
Ottica di Gauss
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Ottica quantistica
L’ottica quantistica tiene conto della teoria dei quanti di
luce, i fotoni, che sono particelle (anche se si potrebbe
pensare che abbiano caratteristiche un po’ particolari).
Se si ignorano gli effetti quantistici della luce
allora si ricade in una approssimazione dell’Ottica
quantistica che va sotto il nome di Elettrodinamica
di Maxwell.
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Elettrodinamica di Maxwell
Maxwell eseguì una straordinaria sintesi degli effetti
elettromagnetici comprendendovi anche il comportamento
della luce interpretata come perturbazione elettromagnetica.
Se si trascura l’emissione di radiazioni allora la
luce si può ricondurre a un’altra teoria vista come
caso particolare dell’Elettrodinamica di Maxwell,
ossia l’Ottica ondulatoria.
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Ottica ondulatoria
Per buona parte dell’Ottocento sembrò che la luce dovesse
essere ormai interpretabile in modo ondulatorio perché solo
così si riuscivano a spiegare alcuni fenomeni come
l’interferenza, la diffrazione, la polarizzazione.
Se si trascura il fatto che la luce abbia una lunghezza d’onda
(dato che è piuttosto piccola: dell’ordine dei decimi di
micrometro) allora i fenomeni ottici si possono studiare
mediante l’Ottica geometrica.
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Ottica geometrica
L’ottica geometrica definisce le leggi della riflessione e della
rifrazione assumendo che la propagazione della luce in un
mezzo omogeneo avvenga in linea retta.
Il centro dello studio dell’Ottica geometrica
è quindi il comportamento di dispositivi
ottici quali specchi, diottri e lenti.
Nel caso in cui si possano ignorare le “aberrazioni ottiche” si
potrà parlare di Ottica lineare, come caso particolare
dell’Ottica geometrica.
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Ottica lineare
L’ottica lineare non considera le aberrazioni ottiche. Spesso si
parla tout court di Ottica di Gauss quando si trascurano le
aberrazioni ottiche, ma non è del tutto corretto. E’ tuttavia vero
che le “approssimazioni di Gauss” non prendono in esame le
aberrazioni.
Infatti l’Ottica di Gauss, oltre a trascurare le
“aberrazioni ottiche”, considera solo casi a
simmetria rotazionale.
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Le approssimazioni di Gauss
• I raggi luminosi sono considerati
sempre parassiali (ossia con angoli di
inclinazione piccoli rispetto all’asse
ottico principale)
• Gli angoli di apertura di specchi e
lenti sono piccoli (specchi e lenti sono
una piccola porzione delle sfere cui
in definitiva, nelle formule, sen α α
appartengono)
tg α (se α è espresso in radianti)
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Alcuni Link utili
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Sull’Ottica Geometrica (OG)
Sulle Onde Elettromagnetiche (OE)
Sul Prisma Ottico (con applet) (PO)
Sulle Lenti (con applet) (LN)
Sulle Aberrazioni Ottiche (con applet) (AO)
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