LUCE e COLORE:
una introduzione
Mauro Casalboni
La luce è difficilmente definibile:
come per la salute, la libertà e l’aria, si apprezza la sua
importanza solamente quando ci viene a mancare….
Che cosa è la luce?
A questa domanda fin dall’antichità
si è cercato di dare una risposta
con supposizioni, studi e scoperte
Alcune risposte hanno aperto nuovi campi
come la teoria della relatività,
la meccanica quantistica
Keplero
Pitagora
Galilei, Snell, Cartesio,
Democrito
Euclide
Fermat, Grimaldi, Bartholin
Claudio Tolomeo
Erone di Alessandria, Lucrezio
Newton,
Huygens
Young, Fresnel
Ibn-Al-Hassan
Maxwell, Fizeau
Einstein
Meccanica
XX sec
XVI sec
XVII sec
X sec
I sec d.C.
I sec a.C.
III sec a.C.
V sec a.C.
Quantistica
Fisica
Moderna
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Pitagora pensava che fosse un fluido emesso dagli occhi
Democrito invece che le immagini fossero emesse dagli oggetti
Euclide, Erone di Alessandria, Tolomeo, partendo dall’ipotesi pitagorica
trovarono soluzioni per specchi e sistemi semplici
Ibn-Al-Hassan rigettò l’idea pitagorica
Keplero e Maurolico studiarono le lenti
Snell studiò la rifrazione
Cartesio ipotizzò che la luce fosse formata da corpuscoli materiali
Fermat formulò un principio generale partendo dalla rifrazione della luce
Grimaldi scoprì la diffrazione e ipotizò la natura ondulatoria
Bartholin scoprì la birifrangenza
Newton studiò la scomposizione dei colori attraverso prismi accettando la
teoria corpuscolare
Huygens costruì un modello ondulatorio molto raffinato
Young scoprì i fenomeni di interferenza
Fresnel stabilì definitivamente la natura ondulatoria della luce
Maxwell formulò le equazioni collegando la luce ai fenomeni
elettromagnetici
Fizeau misurò la velocità della luce
Plank formulò un’ipotesi sui fenomeni di emissione ed assorbimento
Righi scoprì l’effetto fotoelettrico
Einstein formulò la spiegazione dell’effetto fotoelettrico, base per la
meccanica quantistica
Che cosa è la luce?
Distinguere fra gli aspetti FISICI e quelli PERCETTIVI
Rispondere a questa domanda per i fisici significa
• capire chi la genera,
• descriverla isolando alcune sue caratteristiche
Chi produce la luce?
Quando la frequenza dell’oscillazione cade in un certo intervallo,
Quando
carica
muove
con(elettrico
moto
accelerato
Nell’animazione
sono
mostrati
tali antenna
campi
e magnetico)
L’irraggiamento
il nostro una
occhio
eper
il elettrica
nostro
mezzo
cervello
disiuna
svolgono
cilepermette
funzioni
di
di parlare
con
apparecchio
un amico
ricevente
lontano
oe
‘vediamo’
un magnetico
quanto
SMS tramite
ci viene
il cellulare.
trasmesso
produce
un una
campo
elettrico
e uno
variabili
nel tempo.
prodotti
da
carica
ininviare
moto
sinusoidale.
La
dalla
stessa
sorgente
situazione
che insiquesto
presenta
caso
per
sono
lecarica
trasmissioni
gli atomi
radioper
o televisive
esempio dove
quelli
Variando
la
frequenza
del
moto
della
lungostessi,
l’antenna
la
eccitati
frequenza
dalla dell’oscillazione
corrente che passa
definisce
nel filamento
la stazione
di una
emittente.
lampadina.
varia la frequenza dell’onda elettromagnetica ottenuta.
Che caratteristiche ha la luce?
Frequenza
Lunghezza d’onda
Che caratteristiche ha la luce?
Frequenza
Lunghezza d’onda
lunghezza d’onda
T
periodo
= 1/T
frequenza
Che caratteristiche ha la luce?
Velocità
=c
La luce è quindi un’onda
elettromagnetica in grado di
• Viaggiare nel vuoto
• Interagire con la materia
La materia come
La luce come
“inizio” della luce
“fine” della luce
mezzo per studiare la materia
Torniamo
unè passo
indietro
Che cosa
la luce?
Distinguere fra gli aspetti FISICI e quelli PERCETTIVI
Rispondere a questa domanda significa
• capire come funziona il nostro occhio
• capire come funziona il nostro cervello
Sensibilità dell’occhio umano
Visione scotopica (notte)
ai diversi colori
Visione fotopica (giorno)
Vetri romani I sec d.C.
©National Geographic
Se vedessimo l’infrarosso….
Se vedessimo l’infrarosso….
La parte sensibile dell’occhio è la retina
Essa
contiene
cellule
nervose
sensibili
a tre
e cellule
sensibili
ai bassi
livelli
di illuminazione
diversi
i coni
ma checolori,
non distinguono
bene i colori: i bastoncelli
GG == 100
20
RR == 100
40
BB == 20
0
Come l’occhio distingue i colori:
hanno
tre segnali
distinti, per il blu (B),
Dato
un colore si
Un
altro
avrà
un’alta
combinazione
il verde (G) ed il rosso (R).
Questo meccanismo di costruzione del colore si
chiama
SINTESI DEL COLORE
ed è utilizzato tutte le volte che si deve rivelare o
riprodurre un colore.
Si può procedere sommando luci di colori diversi
ad esempio in uno schermo televisivo tradizionale
La somma di tutte e tre le
componenti cromatiche
produce il bianco
Tale procedimento è detto
SINTESI ADDITIVA
Si può procedere togliendo alla luce incidente bianca
alcune componenti.
Nella pittura, ad esempio con le tempere, se vogliamo
ottenere il verde mischiamo il giallo con il celeste
Togliendo tutte le
componenti cromatiche
si produce il nero
Tale procedimento è detto
SINTESI SOTTRATTIVA
Per concludere analizziamo alcuni fenomeni
comuni collegati con la luce:
la trasmissione,
la rifrazione,
la riflessione,
la diffusione e
la luminescenza.
Trasmissione
Rifrazione
Riflessione
Diffusione
Trasmissione
Rifrazione
Riflessione
Diffusione
Trasmissione
Rifrazione
Riflessione
Diffusione
Trasmissione
Rifrazione
Riflessione
Diffusione
Trasmissione
Rifrazione
Riflessione
Diffusione
LUMINESCENZA
Giudizio Universale: immagine nel VIS (sinistra) e in
fluorescenza indotta UV (destra): l'azzurro di
lapislazzuli, utilizzato da Michelangelo, e' riconoscibile
dalla presenza di una fluorescenza bianco-verdastra
La
luceper….
trova moltissime applicazioni:
Si usa
proviamo a pensare……
Studiare l’universo
Curare
Produrre energia
Misurare le distanze
Comunicare
Ricordare
Calcolare
Misurare l’inquinamento
Studiare la materia
Tagliare, saldare
…..
…..
Si usa per….
Studiare l’universo
Curare
Produrre energia
Misurare le distanze
Comunicare
Ricordare
Calcolare
Misurare l’inquinamento
Studiare la materia
Tagliare, saldare
…..
…..
La Galicia del Triangolo, una delle
galassie più vicine alla Via Lattea.
Si usa per….
Studiare l’universo
Curare
Produrre energia
Misurare le distanze
Comunicare
Ricordare
Calcolare
Misurare l’inquinamento
Studiare la materia
Tagliare, saldare
…..
…..
Si usa per….
Studiare l’universo
Curare
Produrre energia
Misurare le distanze
Comunicare
Ricordare
Calcolare
Misurare l’inquinamento
Studiare la materia
Tagliare, saldare
…..
…..
Si usa per….
Studiare l’universo
Curare
Produrre energia
Misurare le distanze
Comunicare
Ricordare
Calcolare
Misurare l’inquinamento
Studiare la materia
Tagliare, saldare
…..
…..
Si usa per….
Studiare l’universo
Curare
Produrre energia
Misurare le distanze
Comunicare
Ricordare
Calcolare
Misurare l’inquinamento
Studiare la materia
Tagliare, saldare
…..
…..
Si usa per….
Studiare l’universo
Curare
Produrre energia
Misurare le distanze
Comunicare
Ricordare
Calcolare
Misurare l’inquinamento
Studiare la materia
Tagliare, saldare
…..
…..
Si usa per….
Studiare l’universo
Curare
Produrre energia
Misurare le distanze
Comunicare
Ricordare
Calcolare
Misurare l’inquinamento
Studiare la materia
Tagliare, saldare
…..
…..
Si usa per….
Studiare l’universo
Curare
Produrre energia
Misurare le distanze
Comunicare
Ricordare
Calcolare
Misurare l’inquinamento
Studiare la materia
Tagliare, saldare
…..
…..
Si usa per….
Studiare l’universo
Curare
Produrre energia
Misurare le distanze
Comunicare
Ricordare
Calcolare
Misurare l’inquinamento
Studiare la materia
Tagliare, saldare
…..
…..
Si usa per….
Studiare l’universo
Curare
Produrre energia
Misurare le distanze
Comunicare
Ricordare
Calcolare
Misurare l’inquinamento
Studiare la materia
Tagliare, saldare
…..
…..
e per tante altre cose…….
Contributi da
http://www.boscarol.com/pages/cs/index.html
http://www.fis.unipr.it/seminari_scuole/2005/materia/proprottiche2005.pdf
http://www.ee.iastate.edu/~hsiu/em_movies.html
http://optoweb.fis.uniroma2.it/
http://www.ilmondodelletelecomunicazioni.it/propagazione_file/propagazione.htm
http://gallery.hd.org/_c/natural-science/prism-and-refraction-oflight-into-rainbow-AJHD.jpg.html
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/19/Thunderstorm_in_sydn
ey_2000x1500.png
http://www.calciomercato.it/imagenes/detalle_1/NEWS_1242036368_blackout
.jpg
Mauro Casalboni
professore di Fisica dei Solidi e Ottica Quantistica presso
Il Dipartimento di Fisica dell’Università di Roma Tor
Vergata
membro del Centro di Ricerca e Formazione permanente
per l’Insegnamento delle Discipline Scientifiche
(http://www.mat.uniroma2.it/crf/)
[email protected]
