LA LUCE

1. LA LUCE

2. Immaginiamo di avere una vasca piena di acqua in cui galleggiano dei pezzettini di sughero. La superficie dell’acqua sia perfettamente in quiete; i pezzettini di sughero sono fermi. I pezzettini di sughero, la superficie dell’acqua, costituiscono un sistema meccanico in equilibrio.

3. Che cosa possiamo osservare ? Facciamo cadere un sassolino in un certo punto della vasca. Un’onda si espande dal punto di caduta del sasso. I pezzettini di sughero cominciano ad oscillare su e giù in direzione perpendicolare alla superficie dello stagno.

4. Analizziamo che cosa è successo La caduta del sasso (sorgente) ha prodotto una perturbazione meccanica che nasce nel punto di caduta La perturbazione provoca l’oscillazione (in direzione verticale) dei pezzetti di sughero La perturbazione nata nel punto di caduta è sentita prima dai pezzetti di pezzetto più vicino e poi dagli altri. La perturbazione si propaga (nel mezzo acqua)in direzione radiale; l’oscillazione avviene in direzione perpendicolare alla direzione di propagazione Si dice che è una perturbazione trasversale

5. Il sasso (che ha una massa; proprietà meccanica) cadendo altera l’equilibrio meccanico del sistema La velocità di propagazione della perturbazione e l’ampiezza di oscillazione dei pezzetti di sughero dipendono dalla massa e dall’altezza da cui cade il sassolino e dalla viscosità dell’acqua (caratteristiche meccaniche) La perturbazione (meccanica) può essere studiata attraverso l’analisi della posizione o della forza di richiamo (grandezze meccaniche) dei pezzetti di sughero rispetto al pelo dell’acqua all’equilibrio

6. In sintesi - Esiste la sorgente meccanica della “perturbazione” (la pietra che cade) - La perturbazione si propaga in mezzo che ha certe proprietà meccaniche (viscosità, elasticità) • La perturbazione viene rivelata attraverso una proprietà • meccanica • (posizione del pezzetto di sughero o forza di richiamo)

7. Se continuiamo a far cadere sassolini con una cadenza opportuna (che dipende dalle viscosità dell’acqua) possiamo mantenere in oscillazione tutti i pezzettini di sughero contemporaneamente. Se fotografiamo la quota (rispetto al pelo dell’acqua in equilibrio) dei vari pezzetti di sughero ad un certo istante y=y(r) e la quota di uno stesso pezzetto di sughero ad istanti successivi y=y(t), si osserva che le posizione fotografate stanno su una curva ben definita di tipo sinusoidale

8. La propagazione della perturbazione meccanica può essere studiata attraverso un modello matematico che si dice modello matematico ondulatorio o onda Questo modello è comune ad altri tipi di perturbazioni anche legate a altre proprietà dei sistemi fisici La luce può essere trattata come è una perturbazione di natura elettromagnetica, la cui propagazione può essere studiata secondo un modello ondulatorio traversale

9. Perché la luce è perturbazione ? Dal punto di vista della luce lo stato di equilibrio è il “BUIO” Se sono in una stanza al “buio”, premendo il pulsante dell’interruttore altero questo stato perché la stanza si illumina Il filamento delle lampadina diventa incandescente, la lampadina diventa una sorgente luminosa. E’ l’analogo del sassogettato nello stagno

10. La lampadina emette “luce” perché la corrente che circola nel filamento eccita lo stato energetico degli elettroni. Decadendo (con frequenze1015Hz), perdono l’energia che gli è stata fornita ed emettono la radiazione. Dalla sorgente la “ perturbazione “ luce si irradia in tutta la stanza, come le onde nello stagno La radiazione dalla lampadina si propaga in tutte le direzioni con una velocità che vale 3.108 m/sec e si indica con c.

11. La perturbazione luminosa che èprodotta da cariche elettriche in movimento(elettrone che decade) si può propagare anche nel vuoto Il mezzo in cui si propaga una radiazione luminosa è caratterizzato dall’indicedirifrazione legato alle proprietà elettromagnetiche del mezzo

12. lunghezza d’onda (λ) ampiezza Onde Un’onda è caratterizzata da una lunghezza d’onda e da un’ampiezza La radiazione elettromagnetica trasporta un’energia che aumenta al diminuire della sua lunghezza d’onda

13. ONDE RADIO  = 1km – 10cm trasmissioni radio-televisive MICROONDE  = 10cm – 1mm radar, telefono, forni IR - VISIBILE - UV  = 1mm – 10-9m calore, luce, reazioni chimiche RAGGI X – RAGGI GAMMA  = 10-8 – 10-12m radiografie Onde elettromagnetiche

14. Lo spettro elettromagnetico LUNGHEZZA D’ONDA (m) 1fm 1pm 1nm 1μm 1mm 1m 10-14 10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 1 102 INFRA- ROSSO MICRO- ONDE RAGGI GAMMA ONDE RADIO RAGGI X ULTRA- VIOLETTO ENERGIA VISIBILE

15. Colori e lunghezza d’onda L’occhio umano è sensibile solo ad una piccola parte dello spettro elettromagnetico: la luce VISIBILE Ciascun colore corrisponde ad una radiazione elettromagnetica di diversa lunghezza d’onda

16. Perché vediamo gli oggetti?

17. Perché vediamo gli oggetti? Noi vediamo gli oggetti perché da essi partono radiazioni luminose che giungono al nostro occhio Una SORGENTE LUMINOSA emette luce propria, mentre gli OGGETTI ILLUMINATI diffondono in tutte le direzioni la luce da cui vengono investiti.

18. fotoni Che cos’è la luce? UN FLUSSO DI PARTICELLE MICROSCOPICHE emesse a ritmo continuo dalle sorgenti luminose TEORIA CORPUSCOLARE

19. fotoni Che cos’è la luce? UN’ ONDA cioè energia che si propaga UN FLUSSO DI PARTICELLE MICROSCOPICHE emesse a ritmo continuo dalle sorgenti luminose TEORIA CORPUSCOLARE TEORIA ONDULATORIA

20. La velocità della luce La luce può propagarsi in un mezzo trasparente (aria, vetro, acqua) ma anche nel VUOTO. La sua velocità nel vuoto è c= 300 000 km / s La luce proveniente dal sole impiega circa 8 minuti per arrivare a noi. 150 milioni di km = 8 minuti-luce Sole Terra

21. La propagazione della luce: le ombre La luce si propaga in linea retta

22. Sorgente puntiforme cono d’ombra La propagazione della luce: le ombre La luce si propaga in linea retta oggetto opaco ombra

23. Sorgente puntiforme cono d’ombra penombra C Sorgente estesa ombra P La propagazione della luce: le ombre La luce si propaga in linea retta oggetto opaco ombra

24. Sorgente puntiforme ombra oggetto opaco cono d’ombra eclisse parziale eclisse totale SOLE LUNA TERRA La propagazione della luce: le ombre La luce si propaga in linea retta

25. Le proprietà della luce Cosa avviene quando la luce colpisce un oggetto?

26. Le proprietà della luce Cosa avviene quando la luce colpisce un oggetto? … può essere riflessa … … trasmessa … … assorbita e poi riemessa …

27. Le leggi della riflessione i raggio incidente Superficie riflettente liscia (specchio)

28. r1 i Le leggi della riflessione i=r1 raggio incidente raggio riflesso Superficie riflettente liscia 1a legge: il raggio incidente, il raggio riflesso e la normale alla superficie riflettente giacciono nello stesso piano 2a legge: l’angolo di incidenza è uguale all’angolo di riflessione i=r1

29. oggetto Riflessione su uno specchio piano

30. P C oggetto Riflessione su uno specchio piano

31. Riflessione su uno specchio piano P C oggetto LEZIONI DI OTTICA per le scuole medie F.Menchini 1-10

32. Riflessione su uno specchio piano L’immagine è VIRTUALE, delle stesse dimensioni dell’originale, DRITTA, ma NON E’ SOVRAPPONIBILE ALL’ORIGINALE P P’ C C’ oggetto immagine

33. oggetto Riflessione su uno specchio concavo

34. P C oggetto Riflessione su uno specchio concavo

35. Riflessione su uno specchio concavo P C oggetto

36. Riflessione su uno specchio concavo P C oggetto

37. Riflessione su uno specchio concavo L’immagine è REALE, rimpicciolita e CAPOVOLTA P C’ P’ C immagine oggetto

38. oggetto Riflessione su uno specchio convesso

39. P C oggetto Riflessione su uno specchio convesso

40. P C oggetto Riflessione su uno specchio convesso

41. P P’ C’ immagine C oggetto Riflessione su uno specchio convesso L’immagine è VIRTUALE, rimpicciolita e DRITTA

42. i i Le leggi della rifrazione raggio incidente raggio incidente

43. Le leggi della rifrazione r1 i raggio incidente raggio riflesso r1 i raggio riflesso raggio incidente

44. r1 i r1 i r2 Le leggi della rifrazione raggio incidente raggio riflesso raggio riflesso raggio incidente raggio rifratto

45. r1 i r2 Le leggi della rifrazione raggio incidente raggio riflesso r1 i raggio riflesso raggio incidente r2 raggio rifratto raggio rifratto 1a legge: il raggio incidente, il raggio rifratto e la normale alla superficie giacciono nello stesso piano 2a legge: quando un raggio luminoso passa da un mezzo meno “denso” a uno più “denso” si avvicina alla normale; se passa da un mezzo più “denso” ad uno meno “denso” si allontana dalla normale

46. Legge Snell-Descartes n2 sin r2 = n1 sin i n è l’indice di rifrazione del mezzo in cui si propaga il raggio

47. Esempi di rifrazione Il bastoncino spezzato

48. Esempi di rifrazione Il bastoncino spezzato Un bastoncino immerso parzialmente in acqua sembra spezzato

49. Esempi di rifrazione Il bastoncino spezzato Un bastoncino immerso parzialmente in acqua sembra spezzato P’ P A causa della rifrazione, gli oggetti in acqua appaiono più in alto di dove realmente si trovano

50. sabbia bollente Esempi di rifrazione Il miraggio aria sempre più calda e quindi sempre meno densa