Progetto Lauree Scientifiche – Fenomeni luminosi
M. Ciminale, M. D’Angelo, C. Evangelista, E. M. Fiore
Introduzione alla modellizzazione della luce e dei fenomeni luminosi
nel quadro di riferimento dell’ottica geometrica.
La luce è un ente fisico che viene prodotto da alcuni sistemi fisici in determinate condizioni:
le stelle, il filamento di una lampadina ad incandescenza quando percorso da corrente, i metalli
quando portati all’incandescenza, la fiamma prodotta in una combustione (il combustibile può
essere allo stato gassoso liquido o solido), i fulmini, alcune reazioni chimiche …
Quando un sistema fisico è portato nelle condizioni di produrre luce prende il nome di
sorgente primaria.
Per alcune sorgenti primarie è immediato ricondurre la produzione di luce ad una
trasformazione di energia (per le lampade ad incandescenza è necessario disporre di
un’alimentazione elettrica, per i metalli all’incandescenza una sorgente termica), per altre tale
processo di trasformazione energetica è meno evidente o semplice ( per le stelle per esempio,
bisogna avere idea dei processi di fusione nucleare); è bene allora riflettere con gli studenti su come
la luce, indipendentemente dal particolare sistema fisico che la produce, necessiti di sorgenti e di
trasformazioni di energia.
Una volta prodotta la luce si propaga isotropicamente in tutto lo spazio, interagendo con gli
oggetti materiali. E’ possibile distinguere, in prima istanza, gli oggetti materiali in opachi ( quelli
che in diverso modo “rimandano in dietro” la luce) e trasparenti ( quelli che, sempre in diverso
modo, si lasciano attraversare dalla luce).
Esperienza da cattedra: distinzione tra riflessione e diffusione e definizione di sorgenti secondarie.
Va sottolineato che si è in grado di percepire solo la luce che tanto provenendo da sorgente
primaria quanto da sorgente secondaria arriva agli occhi, in altri termini il meccanismo della visione
può così essere schematizzato: Sorgente-> propagazione della luce->elemento sensibile (occhio,
macchina fotografica, etc.).
Applet: simulazione camera oscura (http://www.ba.infn.it/~fisi2005/evangelista/Camera.html).
Dalle sorgenti primarie (che possono essere definite come quelle legate a trasformazioni di
energia) viene emessa luce. In figura la sorgente primaria è la lampada elettrica. Gli oggetti colpiti
dalla luce emessa dalla sorgente primaria diffondono luce e sono definite sorgenti secondarie. In
figura, il tavolo , il vaso, i fiori sono sorgenti secondarie. A catena, gli oggetti colpiti dalla luce
emessa dalle sorgenti secondarie diffondono a loro volta luce, ecc. In figura, il coprilampada del
lampadario (se opaco) è investito dalla luce emessa dalle pareti e dal soffitto e può essere definita
sorgente terziaria, se traslucido diffonde luce trasmessa ed è sorgente secondaria. Una lampada
spenta ma visibile è una sorgente secondaria. Noi vediamo oggetti che inviano luce nei nostri occhi
(sorgenti primarie, secondarie, ecc.). Nello schema il mezzo interposto è l’aria.
Esperienza da cattedra: introduzione del modello “sorgente puntiforme” tramite lampade ad
incandescenza con filamento compatto;
Applet: Sorgente puntiforme ( http://www.ba.infn.it/~fisi2005/evangelista/lux3.html ).
Esperienza da cattedra: osservazione di immagini prodotte su uno schermo diffondente da un
diaframma su cui è praticata una apertura rettangolare (con sorgente “puntiforme”); visualizzazione
del modello a raggi tramite cordini;
Applet: due sorgenti puntiformi (http://www.ba.infn.it/~fisi2005/evangelista/Sorgente.html)
sorgente estesa (http://www.ba.infn.it/~fisi2005/evangelista/Sorgentefil.html)
Esperienza da cattedra: osservazione di immagini prodotte su uno schermo diffondente da un
diaframma su cui è praticata una apertura rettangolare (sorgente “estesa”);
Un punto-sorgente nello spazio vuoto o in un mezzo omogeneo emette in modo simmetrico
intorno a se stesso e la luce occuperà tutto lo spazio. L'emissione viene rappresentata dai raggi,
semirette uscenti in modo simmetrico dalla sorgente.
Per non incappare nel problema del "cadere tra un raggio e
l'altro" nel caso di un fascio divergente, i raggi sono intesi come gli
assi centrali di connetti elementari in cui si immagina suddiviso tutto
lo spazio.
Utilizzando questo modello si possono interpretare ed
unificare due fenomeni apparentemente diversi: luce emessa dal
sole (raggi paralleli) e luce emessa da una lampadina (raggi
divergenti, cioè che si allontanano tra loro nel verso di
propagazione) In prossimità della sorgente i raggi sono
chiaramente divergenti. Allontanandosi dalla sorgente la divergenza non è più percepibile, i
raggi ci sembrano paralleli .
Esperienza da cattedra: realizzazione e visualizzazione di un “pennello” di luce sufficientemente
collimato; osservazione della assenza di interazione tra pennelli di luce.
