La luce

1. La luce Gli studiosi hanno impiegato secoli di osservazioni per spiegare un fenomeno che sembra così comune come la luce.

2. Che cos’è la luce? • Ottica: la branca della fisica che studia la luce • La luce produce molteplici effetti: viene percepita dall’occhio viene percepita dal tatto sotto forma di calore poiché il calore è una forma di energia allora la luce trasporta l’energia del sole, quindi è un’onda.

3. Teoria ondulatoria della luce • Poiché la luce è un’onda allora è caratterizzata da un’ampiezza ed una frequenza

4. Teorie della luce a confronto Le onde per propagarsi necessitano di un mezzo Ma le onde luminose attraverso che cosa si propagano? La teoria ondulatoria della luce non ne spiega tutte le caratteristiche. Fino ai primi del 1900, si pensava che la luce si propagasse in un etereluminifero , un mezzo inconsistente, diffuso dappertutto e non rilevabile in alcun modo.

5. Un po’ di storia! Si pensava che la luce si propagasse in un etere luminifero , un mezzo inconsistente, diffuso dappertutto e non rilevabile in alcun modo. Alcuni esperimenti all’inizio del 1900, dimostrarono senza ombra di dubbio che tale etere non esisteva. Gli scienziati dovettero concludere che la luce non ha bisogno di alcun mezzo per propagarsi: infatti la luce del sole e delle stelle arriva fino a noi attraversando le immense distanze nello spazio vuoto.

6. Teoria corpuscolare della luce • La luce è formata da corpuscoli detti fotoni caratterizzati dal possedere energia. • La luce in determinate circostanze si comporta come un’onda mentre ina ltre si comporta come un fascio di particelle fotoni.

7. Dove nasce la luce? • Corpo luminoso o sorgente luminosa = corpo che emette luce Quando un corpo luminoso è molto piccolo si dice corpo luminoso puntiforme. La maggior parte dei corpi non sono luminosi, si possono vedere solo quando vengono illuminati, come la luna che si può vedere solo perché riflette verso di noi la luce del sole da cui è illuminata.

8. La luce del Sole • La luce del sole viene considerata una sorgente di luce puntiforme data la distanza a cui il sole si trova dalla terra. La luce messa dal sole è formata da un fascio di onde di diversa lunghezza e di diversa frequenza che si muovono in tutte le direzioni.

9. Luce ed ombra • La luce viaggia in linea retta. • La propagazione rettilinea provoca il fenomeno delle ombre. • Un corpo illuminato da una sorgente puntiforme ha una parte della sua superficie (dalla parte opposta • rispetto alla sorgente) che è in ombra, si dice ombra propria e dietro al corpo si produce il cono d’ombra. • Quando la sorgente luminosa non è puntiforme si forma il cono di penombra. • Il fenomeno dell’eclissi: nelle zone che si trovano nel cono d’ombra si ha eclissi totale, nelle zone che si trovano nel cono di penombra si ha l’eclissi parziale.

10. La velocità della luce • La velocità della luce dipende solo dalle proprietà del mezzo in cui si propaga. • Nel vuoto è di circa 300.000 km/s • In acqua o vetro è di poco inferiore. • La luce del sole impiega circa 8 minuti per raggiungere la Terra e più di cinque ore per raggiungere Plutone.

11. I corpi e la luce • Se la luce colpisce un corpo opaco, una parte viene assorbita ed una parte “rimbalza” permettendoci di vederlo. • La parte di fotoni assorbiti e quelli riflessi dipendono dalle caratteristiche del mezzo illuminato. • Uno specchio riflette la luce quasi totalmente. • Se la luce colpisce un corpo ruvido e scabro la luce si riflette in tante direzioni, come se il corpo fosse formato da tanti specchietti: si ha luce diffusa. • Se la luce colpisce un corpo trasparente lo attraversa quasi totalmente permettendoci di vedere dietro: si parla di luce rifratta. • Tra i corpi opachi e quelli trasparenti c’è tutta una gamma intermedia di corpi traslucidi: una parte della luce li attraversa, una parte viene assorbita ed una pare viene diffusa o riflessa.

12. Che cosa sono i colori • Isac Newton, nel XVII secolo osservò che quando la luce del sole attraversa un prisma di vetro viene scomposta in una serie di colori che formano lo spettro della luce visibile. • Arcobaleno: le goccioline di acqua sospese nell’aria si comportano come in prisma. • La luce bianca è la somma di tutti i colori mentre il nero è l’assenza di colore, cioè l’assenza di luce visibile. • Sette colori in soluzione di continuità dal rosso – arancio – giallo – verde – azzurro – indaco e violetto. Tutti gli altri colori sono sfumature intermedie.

13. Quali proprietà fisiche distinguono i colori? Secondo la teoria ondulatoria la frequenza della luce è una rappresentazione numerica del suo colore. Se ordiniamo i colori secondo la frequenza crescente delle onde luminose otteniamo tutto lo spettro del visibile dal rosso al violetto. Oltre a quelle visibili il Sole emette altre radiazioni visibili: raggi infrarossi: con frequenza inferiore al rosso raggi ultravioletti: con frequenza superiore al violetto.

14. Colori primari e secondari • Colori primari: rosso, verde, blu • Colori secondari: si ottengono mescolando in varie proporzioni i raggi di luce dei colori fondamentali La somma dei raggi di luce dei colori fondamentali dà il bianco.

15. Perché vediamo le cose colorate Noi vediamo solo il colore riflesso da ogni oggetto. Vediamo i papaveri rossi perché assorbono tutti i colori e riflettono il rosso. Nella stampa e in pittura i colori fondamentali sono il rosso magenta il giallo e il blu ciano, dalla loro mescolanza si ottengono tutti gli altri colori. La somma dei tre dà il nero, perché insieme sottraggono, assorbendole, tutte le radiazioni visibili.

16. Il laser e le fibre ottiche Laser: sorgente luminosa che emette un fascio di onde che vibrano tutte con la stessa lunghezza d’onda e frequenza, quindi di un unico colore. Si forma quindi un raggio luminoso sottilissimo ed intenso di bassa potenza: innocui od alta potenza: in grado di tagliare o saldare lamiere. Vengono usati nell’industria (tagliare, forare, ..) In chirurgia (come sottili bisturi), nelle misure di precisione, nei supermercati per leggere i codici delle etichette, per incidere un compact disk. I raggi laser possono essere trasportati attraverso fibre trasparenti e sottili come capelli: le fibre ottiche. In queste fibre le onde luminose possono arrivare ovunque. Le fibre ottiche riunite in fasci trasportano in maggiore quantità di qualunque filo metallico suoni immagini e quant’altro sotto forma di impulsi luminosi.

17. Gli specchi Sono formati di una lastra di vetro ricoperta posteriormente da un sottile strato di metallo con funzione di superficie riflettente. Possono essere: • Specchi piani: superficie piana • Specchi curvi: superficie curva L’immagine che sembra trovarsi dietro lo specchio è virtuale, non esiste nella realtà, negli specchi piani è dritta, conserva le dimensioni dell’oggetto riflesso invertendo però la destra con la sinistra.

18. La riflessione • Quando un raggio incidente raggio di luce emesso da una sorgente luminosa puntiforme, colpisce uno specchio, dallo specchio esce un raggio di luce riflesso. Leggi della riflessione: Angolo di incidenza e angolo di riflessione: sono i due angoli formati dai due raggi con la perpendicolare al punto in cui la luce incontra lo specchio. Misurando gli angoli osserveremo che: Raggio incidente e raggio riflesso giacciono sullo stesso piano L’angolo di incidenze e l’angolo di riflessione sono congruenti tra loro.

19. La rifrazione Quando un raggio luminoso passa da un mezzo ad un altro di diverse caratteristiche si ha il fenomeno della rifrazione dovuto al fatto che la luce viaggia nei due diversi mezzi a due velocità diverse. Il raggio incidente è il raggio che arriva alla superficie dalla sorgente, il raggio rifratto è il raggio deviato dal mezzo. Gli angoli che i due raggi formano con la perpendicolare al punto di contatto del raggio luminoso sono l’angolo di incidenza e l’angolo di rifrazione. Il rapporto tra l’angolo di incidenza e l’angolo di rifrazione è una costante che dipende dai mezzi attraversati.

20. Le lenti • Le lenti sono corpi di vetro o di altro materiale trasparente, delimitati da una coppia di superfici di cui almeno una è curva. • Lenti convergenti: convergono la luce in un punto detto fuoco. Quando l’oggetto osservato si trova tra il centro della lente ed il suo fuoco,si ottiene una immagine virtuale diritta ed ingrandita. Quando l’oggetto osservato si trova tra il fuoco e il doppio della distanza focale si ottiene una immagine reale capovolta e ingrandita. Quando l’oggetto osservato si trova a una distanza maggiore del doppio di quella focale, l’immagine è reale capovolta e rimpicciolita.

21. Doppio convesso doppio concavo Piano convesso piano concavo convesso concavo