DI ROSSELLA D’ANGELO CLASSE IV B Anno 2006/2007

1. ESPERIMENTO DI FISICA DI ROSSELLA D’ANGELO CLASSE IV B Anno 2006/2007

2. PROPAGAZIONE RETTILINEA DELLA LUCE

3. ottica geometrica • OTTICA Scienza che studia la natura, la formazione e la propagazione della luce. Dal punto di vista fisico, l’ottica intesa come studio del fenomeno luminoso non è che una piccola parte della teoria delle onde elettromagnetiche. Tuttavia,durante il XVII,XVIII e XIX sec., prima che Maxwell chiarisse la natura della luce i fisici cercarono interpretazioni e modelli dei fenomeni luminosi osservati. Newton, Huygens, Descartes, Young, Fresnel e altri arrivarono a formulare leggi e principi dell’ottica che, nell’uso, sono preferiti alle equazioni di Maxwell, le quali sono generali ma di difficile soluzione. Per questo ancora oggi si parla di OTTICA GEOMETRICA, ONDULATORIA,QUANTISTICA, indicando con questi aggettivi i tipi di fenomeni luminosi.

4. Noi in questo esperimento ci serviremo dell’OTTICA GEOMETRICA • OTTICA GEOMETRICA = Idealizza il fenomeno luminoso come raggio o fascio di raggi che passa da un punto A a un punto B in modo da rendere il cammino ottico minimo. Dal PRINCIPIO DI FERMAT(cioè il percorso fra due punti preso da un raggio di luce è quello che è attraversato nel minor tempo) si possono far discendere: • LEGGI DELLA PROPAGAZIONE RETTILINEA; • RIFLESSIONE; • RIFRAZIONE;

5. PROPAGAZIONE RETTILINEA DELLA LUCE • La luce si propaga in linea retta. Diventa perciò naturale considerare un fascio di luce come un insieme di sottili fascetti rappresentabili mediante rette che ne individuano la direzione di propagazione. Questi modelli geometrici dei fascetti luminosi vengono denominati raggi di luce. • PROPAGAZIONE DELLA LUCE = In un mezzo omogeneo, caratterizzato cioè dalle stesse proprietà, la luce si propaga lungo traiettorie rettilinee, chiamate raggi. La velocità di propagazione nel vuoto rappresenta una costante della natura, il cui valore, generalmente indicato con la lettera c, si approssima a 3x10^8 m/s

6. Se sostituiamo l’apertura con un ostacolo opaco,otteniamo un ombra netta,in caso di sorgente puntiforme S SCHERMATA DI OSSERVAZIONE SORGENTE PUNTIFORME

7. … altrimenti per sorgenti estese, effetti di penombra S OGGETTO

8. PROPAGAZIONE RETTILINEA DELLA LUCE • Quando in un fascio tutti i raggi provengono da una stessa direzione(sorgente lontana), il fascio si dice parallelo; • Se i raggi si allontanano sempre più gli uni dagli altri nel senso in cui si propaga la luce, il fascio è divergente, in caso contrario è convergente. • L’asse dell’angolo solido che ha vertice in un punto qualsiasi di un oggetto illuminato o di una sorgente e delimitato dal fascio che entra nel nostro occhio si chiama raggio visivo; • Il campo di uno strumento ottico è il contorno all’interno del quale si deve trovare un punto dell’oggetto esaminato per essere effettivamente visto;

9. RIFLESSIONE = Fenomeno per cui i raggi luminosi vengono riflessi dalla superficie di separazione di due mezzi di natura fisica diversa. RIFLESSIONE

10. RIFRAZIONE • RIFRAZIONE = Si verifica ogni qual volta un raggio luminoso, nel passare da un mezzo trasparente ad un altro, muta la sua direzione in modo da avvicinarsi alla normale nel punto di incidenza. Se il secondo mezzo è più rifrangente del primo, allontanandosi nel caso contrario.

11. RELAZIONE ESPERIMENTO ATTREZZI UTILIZZATI: • Base di legno; • Lunghezza delle due assicelle verticali = 65cm; • Distanza dal piano di appoggio(dove è appoggiata la lampadina) al primo foglio = 25cm; • Distanza dei fogli = 10cm; • Distanza dal quarto foglio al translucido = 10cm; • Batteria della lampadina = 4,5V

12. Ora facciamo la distinzione tra sostanze: • OPACHE • TRASPARENTI • TRANSLUCIDE • Le sostanze si dicono opache(legno, ferro) se non si lasciano attraversare dalla luce, che viene assorbita o riflessa o diffusa; • Le sostanze si dicono trasparenti(acqua, vetro) se si lasciano attraversare dalla luce e quindi consentono di vedere nitidamente un oggetto anche se vengono messe tra esso e l’osservatore; • Le sostanze si dicono translucide(vetro smerigliato,fogli lucidi satinati …) se si lasciano attraversare in parte dalla luce, non permettendo però di vedere nettamente gli oggetti;

13. PROCEDIMENTO • Si prendono 4 cartoncini, si tracciano le diagonali e il centro FORO = 1CM(DIAMETRO), perché lvisibile= 8x10^-7 4x10^-7 il diametro è molto maggiore della lunghezza visibile RAGGIO LUMINOSO = Si parla di OTTICA GEOMETRICA E NON DI OTTICA ONDULATORIA d>>l

14. L’ottica ondulatoria studia i fenomeni in cui interviene la natura vibratoria della luce

15. DIFFRAZIONE • Se noi restringessimo sempre più il foro, sempre più l’apertura, i raggi non saranno più rettilinei, ma sempre più circolari • DIFFRAZIONE = Fenomeno che si verifica ogni qualvolta un’onda elettromagnetica, in particolare la luce, incontra un ostacolo che interrompe il fronte d’onda, in genere un foro ovvero una fenditura le cui dimensioni sono paragonabili con la lunghezza d’onda della radiazione. La luce dopo essere deviata interferisce dando origine a delle frange di diffrazione

16. Si dispongano i 4 cartoncini sui pianetti orizzontali di 2 assicelle parallele disposte verticalmente; • Si passi un cordoncino nei fori, per vedere se essi sono disposti ben allineati; • Si fissino i 4 cartoncini con del nastro adesivo e si toglie il cordoncino; • Tra le due assicelle, sul piano di appoggio si metta una lampadina; • In cima alle due assicelle, si fissi con del nastro adesivo un pezzo di carta translucida;Al centro del foglio si faccia una macchia dell’olio o del grasso, in modo da renderla più trasparente alla luce; • Quando la lampadina si accenderà, si vedrà sulla macchia d’olio un cerchietto luminoso; • Se spostassimo uno qualsiasi dei cartoncini forati, il cerchietto scompare; Questo semplice esperimento suggerisce il seguente modello di propagazione della luce:una sorgente, la lampadina nel nostro caso, emette raggi luminosi in ogni direzione, un fascetto di raggi, avente la stessa direzione di fori allineati, li attraversa tutti e illumina la macchia d’olio. La LUCE SI PROPAGA RETTILINEAMENTE. Il modello accennato permette di introdurre la nozione di RAGGIO LUMINOSO e di porla a fondamento di una parte della fisica che chiamiamo appunto OTTICA DEI RAGGI, o OTTICA GEOMETRICA.

17. CARTONCINO CON LE DIAGONALI

18. CARTONCINO CON IL FORO

19. Base in legno fatta con due assicelle parallele disposte verticalmente e corredata di pianetti orizzontali

20. Pila con batteria da 4,5v

21. Piano corredato dai 4 cartoncini

22. Propagazione della luce in forma rettilinea

23. RENDERLA PIU’ TRASPARENTE ALLA LUCE ALL’ESTREMITA’ DEL PIANO ABBIAMO INSERITO UN FOGLIO TRANSLUCIDO E ABBIAMO VERSATO DELL’OLIO IN MODO DA

24. VI RINGRAZIO PER L’ATTENZIONE E UN RINGRAZIAMENTO PARTICOLARE AL GENTILISSIMO PROF.PICCOLO