esercitazione per il compito - Digilander

ESERCITAZIONE PER IL COMPITO
Nota importante: negli appunti “La legge di Snell: analisi matematica” c’era un errore, ora corretto: l’eq. (6)
era scritta come:
In realtà essa deve essere scritta come:
sen(A) = KostAC KostCBsen(’B)
sen(A) = KostAC KostCBsen(B)
(6)
(6)
cioè senza l’apice su .
TEORIA
 Spiega quale semplice esperimento abbiamo eseguito in classe per dimostrare che la luce si muove in linea
retta. Specifica: cosa abbiamo usato, cosa abbiamo fatto, cosa abbiamo misurato, che conclusioni abbiamo
ottenuto.
 Spiega cosa è la riflessione speculare (a specchio) e cosa è la riflessione diffusa. Fai degli esempi di entrambi
i tipi di riflessione. Quale dei due tipi di riflessione produce il colore? Perché?
 Spiega quale semplice esperimento abbiamo eseguito in classe per dimostrare che in una riflessione a
specchio (riflessione speculare) l’angolo di riflessione è uguale a quello di incidenza. Specifica: cosa abbiamo
usato, cosa abbiamo fatto, cosa abbiamo misurato, che conclusioni abbiamo ottenuto.
 Spiega quale semplice osservazione abbiamo eseguito in classe per dimostrare che la riflessione speculare
non produce colore. Specifica: cosa abbiamo usato, cosa abbiamo fatto, cosa abbiamo osservato.
 Spiega cosa è la rifrazione. Fai degli esempi di rifrazione. Spiega poi quali osservazioni abbiamo fatto in
Laboratorio per vedere l’effetto della rifrazione facendo passare un raggio laser dall’acqua all’aria e
viceversa.
 Quali sono le due leggi della rifrazione? Scrivile.
 Spiega cosa è l’indice di rifrazione di un oggetto e come è stato definito (guarda gli appunti “Legge di Snell:
analisi matematica”).
 Spiega cosa è la riflessione totale. Spiega poi quale osservazione abbiamo fatto in Laboratorio per vedere
l’esistenza della riflessione totale facendo passare un raggio laser dall’acqua all’aria. Perché non è stato
possibile veder la riflessione totale facendo passare un raggio dall’aria all’acqua?
 Dimostra che l’angolo-limite (chiamato anche angolo critico) di incidenza per avere riflessione totale quando
un raggio di luce passa dalla sostanza A alla sostanza B è dato dalla formula: sen(LIMITE) = nB/nA. Usando
questa formula, dimostra che si ha riflessione totale solo se l’indice di rifrazione della sostanza di incidenza
è maggiore dell’indice di rifrazione della sostanza di rifrazione.
 Spiega cosa sono le fibre ottiche, come sono fatte e come esse sfruttano la riflessione totale per trasmettere
la luce dentro di esse. Guarda la teoria sulla pagina “SEMPLICI PROBLEMI DI OTTICA”.
 Spiega in che modo Newton scoprì che la luce bianca è composta da tutti i colori.
 Spiega in che modo fu scoperto che la luce si estende oltre la regione del visibile: in particolar modo spiega
cosa sono e come furono scoperti i raggi ultravioletti e quelli infrarossi.
 Descrivi brevemente quali sono le proprietà dei fotoni radio, microonde, infrarossi, UV, raggi X, raggi gamma
e raggi cosmici. Guarda gli appunti presi in classe al riguardo!
 Spiega in che modo la rifrazione spiega l’origine dell’arcobaleno. Tieni conto che l’indice di rifrazione di una
sostanza cambia al cambiare del colore della luce! Per l’acqua, l’indice di rifrazione di un raggio blu è
maggiore di quella del raggio rosso.
 Spiega brevemente le proprietà dell’indice di rifrazione di un gas.
 Spiega cosa sono i miraggi, facendo degli esempi. Dopodiché spiega in che modo essi si generano.
PROBLEMI
Riflessione
Guarda la figura a destra: disegna le ombre che sono
prodotte dai tre punti-luce a causa delle figure poste di
fronte ad essi sullo schermo a destra.
Guarda la figura a sinistra: disegna i raggi di luce partenti dai puntiluce che sono incidenti e riflessi a specchio dai punti A e B.
Rifrazione
Considera di far passare un raggio di luce dall’aria (nARIA=1) ad un vetro con indice di rifrazione nVETRO. Calcola
l’angolo di rifrazione per gli angoli di incidenza di: I=20°, I=40°, I=60° quando nVETRO è: nVETRO=1,2 ;
nVETRO=1,5 ; nVETRO=1,8. Verifica di aver fatto bene i calcoli usando l’Applet on-line “Rifrazione”: nell’Applet
puoi cambiare a piacere I e nVETRO e verificare in questo modo se i tuoi calcoli sono giusti.
Come cambiano i risultati di cui sopra se invece il raggio di luce passa con gli stessi angoli di incidenza da una
sostanza di indice di rifrazione nINCIDENTE=2 ad una sostanza con indice di rifrazione nRIFRATTO=2,4 ; nRIFRATTO=3,0
; nRIFRATTO=3,6 ? [gli angoli di rifrazione rimangono gli stessi di quelli del problema precedente]
Calcola l’angolo di rifrazione per un raggio di luce che passa da Alcool Etilico ad una soluzione 80% zucchero
quando gli angoli di incidenza solo: I1=20° ; I2=40° ; I3= 70° (per gli indici di rifrazione guarda la Tabella
negli appunti “Legge di Snell: analisi matematica”) [R1=18,20° ; R2=35,95° ; R3=59,13°].
Come cambiano le risposte se invece, con gli stessi angoli di incidenza di cui sopra, il raggio passa dalla soluzione
80% zucchero all’Alcool etilico? [R1=21,99° ; R2=44,73° ; R3=…???]. Se hai fatto bene i calcoli, vedrai che
per l’angolo di incidenza R3 non hai nessuna soluzione! Come spieghi questo fatto? Come mai invece hai sempre
una soluzione quando il raggio di luce passa dall’Alcool alla soluzione 80% zucchero? (hint: pensa alla riflessione
totale).
Guarda la figura a destra: rappresenta un raggio di luce che passa
da un mezzo ad un altro. Di’ quale dei due mezzi è quello con indice
di rifrazione più alto [B1 ; A2=B2 ; A3 ; A4].
Considera un raggio di luce che passa dall’acqua dentro una sostanza X con indice di rifrazione nX non noto. Se
l’angolo di incidenza è I=40° e l’angolo di rifrazione è R=30°, qual è il valore di nX? [nX=1,714]. Adesso
considera che il raggio passi dalla sostanza X dentro l’acqua: qual è l’angolo-limite? [LIMITE=51,05°]. Un
raggio che incide sulla sostanza X con un angolo di incidenza di 40° riuscirebbe a rifrangersi dentro l’acqua?
[S’ì]. Ed uno che incide con un angolo di 60°? [No: si avrebbe riflessione totale].
Calcola l’angolo-limite di un raggio che passa da un liquido con indice di rifrazione nLIQUIDO all’aria, nARIA=1 in
questi casi: nLIQUIDO=1,3 ; nLIQUIDO=1,8 ; nLIQUIDO=2,3. Controlla se hai fatto bene i calcoli usando l’Applet online “Rifrazione-riflessione totale” dove puoi cambiare a piacere l’indice di rifrazione del liquido e vedere
come cambia LIMITE.
Guarda la figura a destra: rappresenta un raggio di luce che passa
dentro un prisma di vetro con nVETRO=1,7. Calcola qual è l’angolo-limite
fra il vetro e l’aria, nARIA=1 [LIMITE=36,03°]. A questo punto, scopri
quale dei 4 percorsi del raggio mostrati sotto la figura è quello giusto.
Giustifica la risposta! [Il percorso © perché l’angolo di incidenza
è 45° e perciò…]
Indice di rifrazione di un gas
Fai i problemi presenti negli appunti “INDICE DI RIFRAZIONE DI UN GAS”.
Usando la tabella degli appunti “INDICE DI RIFRAZIONE DI UN GAS” calcola qual è l’angolo di rifrazione di un
raggio di luce che passa da uno strato di gas Azoto allo stato standard dentro un secondo strato di gas Azoto
con densità doppia dello stato standard incidendo con un angolo di 30° (hint: prima calcola l’indice di rifrazione
per lo strato di densità doppia) [R=29,99°]. E se invece passa dallo strato standard ad uno con densità metà
dello standard? [R=30,005°]. In questo secondo caso, qual è l’angolo-limite? [LIMITE=89°].