Newton, Huygens, Fresnel e la luce

1. Newton, Huygens, Fresnel e la luce… Corso di aggiornamento AIF 2007 Panzarasa e Marazzini

3. Il modello newtoniano della luce Da cosa è costituita la luce? …da corpuscoli luminosi

4. Optiks Dal 1670 al 1672 si occupò di ottica. Durante questo periodo studiò rifrazione della luce dimostrando che un prisma può scomporre la luce bianco in uno spettro di colori, e quindi una lente e un secondo prisma possono ricomporre lo spettro in luce bianca. Da questo lavoro concluse che ogni telescopio rifrattore avrebbe sofferto della dispersione della luce in colori, ed inventò il telescopio riflettore per aggirare il problema. (Solo più avanti, quando divennero disponibili vetri con diverse proprietà rifrattive, divenne possibile costruire lenti acromatiche).

5. Dinamica della riflessione e della rifrazione Esperimenti con prismi mettono in evidenza il carattere composito della luce

6. …risolte alcune dispute

7. Raggio di luce (Libro Primo dell’ Ottica)

8. Newton e la rifrazione …nei Principia… “Se due medii simili tra loro separati da uno spazio chiuso e un corpo in transito attraverso questo spazio è attratto o spinto attraverso verso uno dei due medii….., dico che il seno di incidenza su uno dei piani starà al seno di emergenza dall’altro piano in una ragione data…e la velocità prima dell’incidenza sta a quella dopo l’ emergenza come il seno di emergenza a quello di incidenza”

10. La riflessione “…posto che il moto prima dell’incidenza sia più veloce che dopo, dico che il corpo, curvandosi la linea di incidenza, sarà riflettuto e l’angolo di incidenza sarà uguale a quello di riflessione”

12. …e la riflessione?

13. Primo problema di questo modello interpretativo Come è possibile che su una stessa superficie ci sia la riflessione e la rifrazione contemporaneamente?

15. Anelli di Newton

17. teoria degli impulsi di facile riflessione e trasmissione

19. …i dubbi di Newton…

21. La diffrazione (Libro Terzo dell’Ottica) Diffrazione prodotta da un filo molto sottile …un capello!

22. Newton si contraddice…

23. …dichiarazione di incompletezza…

24. Il modello ondulatorio della luce Padre gesuita Francesco Grimaldi (1618-1663) 1665 “Physico-Mathesis de lumine, coloribus et iride” studia la diffrazione e presenta esperimenti che modificano le idee che si avevano sulla propagazione della luce…

25. Grimaldi e la scoperta della diffrazione

31. …ulteriori osservazioni nelle regioni CM e ND la luce appariva distribuirsi in qualche modo a ventaglio, nel senso essa si concentrava (in “frange”) intorno a certe direzioni privilegiate; nel mezzo di ciascuna frangia la luce risultava “pura e genuina”, mentre agli orli presentava qualche colorazione. Le frange, infine, mostravano una certa dipendenza dalla grandezza del foro, e scomparivano se esso diventava troppo grande.

33. Il principio delle onde eteree di Huygens (1629-1695) fisico olandese Traité de la lumiere, 1690 Confermata la visione meccanicistica della natura, ma non si propagano corpuscoli luminosi ma….onde!

34. La luce come le onde sonore…

36. Modalità di propagazione di un’onda sferica generata da un punto Le onde secondarie non sono percepibili singolarmente mentre lo è il loro inviluppo

37. Quale supporto materiale per la luce? Tutta la materia e lo spazio pervasi da particelle (eteree), piccole dure ed elastiche che operano il trasferimento dell’onda Riflessione: velocità delle particelle eteree non cambia valore, onda incidente e riflessa sono nello stesso mezzo Rifrazione: onda rifratta diminuisce la velocità dovuta a interazioni tra particelle eteree e particelle dei corpi materiali.

38. Descrizione qualitativa, non aveva considerato il principio interferenziale, spiega i fronti rettilinei. Questo impedì di affrontare la diffrazione e i colori prodotti da lamine sottili, la teoria appare incompleta

40. Young e l’interferenza della luce Scienzato inglese (1773-1829) 1800-1807 Thomas Young vuole dimostrare la superiorità interpretativa del modello ondulatorio

41. 1800 Philosophical Transaction approfondita analisi del suono e paragrafo “Analogia fra luce suono”

45. Qualche considerazione sul lavoro di Young …lascia perplessi il fatto che mescoli ipotesi appartenenti a quadri teorici differenti come l’interferenza e l’inflessione, Lavori molto deboli dal punto di vista sperimentale I suoi lavori furono ignorati dai contemporanei e da alcuni venne anche pesantemente denigrato! …tutto sarà completamente spiegato e accettato solo dopo i lavori di Fresnel (interferenza + onde secondarie)

46. Augustin-Jean Fresnel (1788 -1827) fisico francese Fu insieme un grande teorico e un grande sperimentale Integrali di Fresnel Lente di Fresnel

47. Ricerche teorico-sperimentali di Fresnel È la risposta teorica a tutti i dubbi della teoria ondulatoria dell’inizio del XIX secolo 1816 sugli Annales de Chimie et de Physique Esperimento sulla diffrazione con l’ausilio di due micrometri ottici centesimali in modo da precisare larghezza e posizione delle frange colorate e scure

52. La lente di Fresnel

56. Le lenti di Fresnel sono tuttora utilizzate… come proiettori per palcoscenici; illuminazione delle architetture per regolare di volta in volta gli angoli di diffusione in funzione delle diverse distanze tra l'apparecchio e l'oggetto illuminato.

57. …per realizzare esperimenti... Biprisma di fresnel: Due prismi rettangolari uguali e con angoli molto piccoli sono accoppiati sullo stesso schermo. Ordinariamente sono tolti dalla stessa lastra e quindi formano un pezzo unico.  La fenditura luminosa deve essere contenuta nel piano bisettore dell'angolo ottuso del biprisma, che darà di essa due immagini virtuali.  In tal modo i raggi, che attraversano il sistema, si comportano come se pervenissero da due sorgenti distinte, e nella zona comune si produrranno le frange. Specchi di fresnel: Modello di precisione per la produzione delle frange d'interferenza.  Angolo variabile con vite micrometrica, supporto metallico ad altezza variabile.

61. Studio della polarizzazione