FUORI DALLE TENEBRE, MANUALE SU COME FUNZIONA LA LUCE
Table of Contents
- CI ILLUMINIAMO DI IMMENSO
- La luce
- SPECCHIO,SPECCHIO DELLE MIE BRAME..
- La riflessione e lo specchio piano
- RIFLETTIAMO..
- La rifrazione
- La riflessione
- QUELLE DI INGRANDIMENTO
- Le lenti
- IL GRANDE FRATELLO
- L'occhio
- CARPE TRABEM
- Strumenti ottici
- ART LIGHT
- La dispersione della luce
- LA DIF2/3
- La diffrazione della luce
- NON INFIERIRE!
- L'interferenza
La luce
La luce si può definire secondo due modelli: [br]- Modello [b]Corpuscolare [/b]-> la luce è un flusso di particelle microscopiche emesse dalla sorgente luminosa.[b][br][/b]- Modello [b]Ondulatorio [/b]-> la luce è un'onda simile a quelle che si propagano nella materia, con la differenza che può propagarsi anche nel vuoto.
I corpuscoli sono materia in movimento, le onde trasportano energia senza trasportare materia.[br]Inizialmente venne ritenuto valido quello corpuscolare perché descriveva in modo efficace la formazione delle onde nette ma con il passare del tempo e grazie ad alcuni esperimenti e studi, venne preso in considerazione anche quello ondulatorio.
La luce è costituita da raggi, fasci di luce molto sottili rappresentati da rette.
I corpi che emettono luce si chiamano "Sorgenti di luce" o "Corpi luminosi", mentre quelli che vengono colpiti dalla luce si chiamano "Corpi illuminati". La luce attraversa soltanto corpi trasparenti, quelli opachi invece la assorbono.[br]I corpi traslucidi lasciano passare la luce senza però permettere di distinguere la forma degli oggetti .[br]Se la luce è emanata da una sorgente puntiforme essa formerà delle ombre nette; se invece è emanata da una sorgente estesa si formerà un'ombra "sfumata", definita penombra.
La velocità della luce è equivalente al valore 2,99x10*8 m/s.
La riflessione e lo specchio piano
[i][b]La riflessione[/b][/i] è il fenomeno per cui un'onda che incide sulla superficie di separazione[br] tra due mezzi differenti non attraversa l'interfaccia, ma[br] cambia direzione di propagazione ritornando nel mezzo da cui è venuta. [br]In generale l'onda incidente viene in parte assorbita e in parte [br]riflessa. [br]Essa si basa sudue leggi : [br]La [i][b]prima legge[/b][/i] afferma che il raggio incidente,il raggio riflesso è la perpendicolare alla superficie riflettente nel punto d'incidenza appartengono allo stesso piano[br]La [i][b]seconda legge[/b][/i] afferma che l'angolo d'incidenza è uguale all'angolo diriflessione [br][br]
Le leggi della riflessione descrivono come si forma l'immagine di un oggetto riflesso da uno specchio piano. L'immagine riflessa da uno specchio piano è virtuale e appare in posizione simmetrica all'oggetto rispetto allo specchio
Negli specchi curvi,invece,vi è un punto,detto fuoco che determina, in base al tipo di specchio una riflessione diversa.[br]Il primo tipo è lo specchio [i][b]parabolico[/b][/i], in questo caso i raggi emessi da una sorgente puntiforme posta nel fuoco si riflettono sullo specchio, in modo da allontanarsi formando un fascio di raggi paralleli. Inoltre, i raggi che arrivano paralleli all'asse di simmetria dello specchio, dopo che sono stati riflessi,si intersecano tutti nel fuoco dello specchio.[br]Un altro specchio è lo specchio[i][b] sferico[/b][/i] che ha un fuoco ben definito solo se è di piccola apertura, cioè se è piccolo l'angolo alcentro sotteso dallo specchio. [br]Il raggio è il raggio della sfera da cui esso è tratto; [br]L'asse ottico è il suo asse di simmetria, che passa per il centro della sfera e per il vertice dello specchio; [br]la distanza focale è la distanza tra il fuoco e il vertice e si verifica uguale alla metà del raggio[br]
infine troviamo lo specchio[b][i] concavo[/i][/b] quando l'oggettoche si riflette ha una forma semplice come una piccola freccia verde che a seconda dei casicambia l'immagine. Se sitrova oltre il centro l'immagine sarà reale,capovolta e rimpicciolita; se sitrova tra il centro e il fuoco l'immagine sarà reale,capovolta ed ingrandita; se si trova tra il fuoco e lo specchio sarà virtuale,diritta ed ingrandita.[br]Gli specchi[i][b] convessi [/b][/i]hanno il centro e il fuoco dalla parte opposta a quella da cui provengono i raggi di luce, perciò l'immagine che si ottiene è sempre virtuale e rimpicciolita. Essi sono utilizzati per visualizzare spazi ampi su una piccola superficie.
La rifrazione
La rifrazione avviene ogni volta che un raggio di luce attraversa la separazione tra due mezzi trasparenti, nei quali la luce ha velocità diverse.
La rifrazione è regolata da tre leggi:[br][br][b]Prima legge[/b]:il raggio incidente, il raggio rifratto e la retta perpendicolare alla superficie di separazione dei due mezzi, nel punto di incidenza, appartengono allo stesso piano.
[b]Seconda legge[/b]: aumentando l'angolo di incidenza aumenta l'angolo di rifrazione, in modo che il rapporto tra i due segmenti rimanga costante.
[b]Legge di Snell[/b]: Al variare dell'angolo di incidenza, l'angolo di rifrazione si modifica in modo tale che il rapporto tra i seni dei due angoli rimanga costante e uguale al rapporto tra l'indice di rifrazione del secondo mezzo e quello del primo.
Le lenti
Lente sferica
L'occhio
[br][br]L’occhio è l’organo di senso dell’apparato visivo che ha il compito di ricavare le informazioni[br]sull’ambiente circostante attraverso la luce. Esso è composto da numerosi[br]elementi:[br]-la cornea, che copre l’iride da corpi esterni, dietro il quale si trova l’umor acqueo. Entrambi[br]hanno un indice di rifrazione n1 =1,346[br]-l’iride, ovvero la parte colorata dell’occhio, che ha al centro un foro nero detto[br]pupilla, che si restringe o si allarga a seconda della quantità di luce che lo[br]attraversa.[br]-dietro l’iride si trova il cristallino, definibile come una lente biconvessa, che ha il[br]compito di mettere a fuoco gli oggetti sulla retina mediante la sua capacità di[br]modificare la propria forma grazie al muscolo ciliare. Questo processo si chiama[br]accomodamento. Il cristallino ha indice di rifrazione n2= 1,437.[br]-l’umor vitreo è una sostanza trasparente che è contenuta nel bulbo oculare e permette[br]il passaggio della luce. Ha indice di rifrazione n1=1,346. [br]-la retina è una superficie interna del bulbo oculare che ha il compito di trasformare gli[br]stimoli luminosi in impulsi elettrici che arrivano al cervello attraverso il[br]nervo ottico. Inoltre è composta dai coni, che permettono di riconoscere i colori, e dai bastoncelli, finalizzati alla visione con poca luce. [br][br]
Conoscendo tutti i componenti dell’occhio possiamo ora comprendere meglio come le informazioni[br]esterne vengono trasmesse al cervello e quindi capire come riusciamo a vedere. Il[br]primo passaggio si ha nella cornea dove vi è una prima messa a fuoco delle[br]immagini; mentre la pupilla si dilata o si contrae per far passare la luce, l’immagine[br]viene messa nuovamente a fuoco dal cristallino che la proietta sulla retina, ma[br]capovolta. Quest’informazione viene dunque passata attraverso i nervi ottici al[br]cervello in cui verrà capovolta nuovamente.[br][br]
[br][br]L’occhio, come il resto degli organi dei corpi viventi, è soggetto a difetti e anomalie[br]che portano ad una non corretta visione del mondo esterno. Ad esempio vi è:[br][br]-la presbiopia, fenomeno in cui il potere di accomodamento diminuisce a causa dell’età.[br]Ciò porta alla tendenza ad allontanare gli oggetti che guardiamo.[br][br]
[br][br]-la miopia che è un difetto refrattivo in cui l’immagine catturata dalla pupilla viene “proiettata”[br]prima della retina, causando una visione sfocata degli oggetti migliorabile[br]avvicinando ciò che si guarda.[br][br]
[br][br]-l’ipermetropia, che è causata dalla focalizzazione dell’oggetto che si guarda oltre la retina. Ciò[br]comporta anche in questo caso una visione sfocata, ma a differenza della miopia,[br]si corregge automaticamente con il continuo accomodamento del cristallino che[br]però comporta uno maggiore sforzo dell’occhio.[br][br]
Strumenti ottici
Gli strumenti ottici sono tutti quegli strumenti che, tramite una modificazione della luce, modificano la nostra visione della realtà, al fine di[br]ottenere particolari risultati: macchine fotografiche, microscopi,[br]cannocchiali e telescopi sono alcuni strumenti ottici. [br][b][br]MACCHINA FOTOGRAFICA[/b][br]“Fotografare” significa letteralmente “scrivere con la luce”.[br]La macchina fotografica è uno strumento che consente di catturare la luce presente in un[br]determinato ambiente imprimendola sulla pellicola, formando un'immagine reale [br]dell'oggetto fotografato.[br][br][br]
Le macchine fotografiche vengono impiegate, a[br]livello professionale, nel mondo della comunicazione per immagini,[br]in particolare in ambito giornalistico e reportagistico privato e turistico.[br][br]
[b]MICROSCOPIO[/b][br]Il microscopio è uno strumento tramite il quale si produce[br]un’immagine virtuale ingrandita dell’oggetto inquadrato. Esso viene utilizzato[br]per rendere visibili corpi troppo piccoli per essere visti ad occhio nudo.[br]
I microscopi sono impiegati a livello professionale nel mondo della ricerca scientifica[br]focalizzata su corpi o particelle di piccolissime dimensioni.
[b]CANNOCCHIALE[/b][br]Il cannocchiale è uno strumento tramite il quale si produce un’immagine[br]virtuale rimpicciolita dell’oggetto inquadrato. Esso viene utilizzato per[br]rendere visibili corpi troppo lontani dall’osservatore per essere studiati in[br]maniera dettagliata ad occhio nudo.
Il cannocchiale veniva impiegato a livello professionale nel[br]mondo della ricerca scientifica focalizzata sullo studio di corpi celesti.
[b]TELESCOPIO[br][/b]Oggi, in campo astronomico, ai cannocchiali sono preferiti i telescopi.[br]Il telescopio è uno strumento che raccoglie la luce proveniente da un oggetto lontano,[br]la concentra in un punto, detto fuoco, e ne produce un'immagine ingrandita. [br]Grazie ai telescopi siamo in grado di osservare lo spazio e studiarne i fenomeni.
La dispersione della luce
Il modello della lente sottile, a cui abbiamo fatto riferimento fino adesso,prevede che i raggi paralleli all'asse ottico convergano in un punto.Tuttavia nelle lenti reali si osserva che il fuoco non è concentrato in un unico punto, ma occupa una piccola parte di spazio.Questo fenomeno ha diverse cause ; una di queste è la [b]dispersione della luce[/b],cioè la diversa rifrazione dei colori.
Inoltre la diversa rifrazione della luce che produce delle frange colorate intorno all'immagine di un oggetto fomata da una lente è chiamata [b]aberrazione cromatica[/b].
La luce bianca che incide su un prisma triangolare mette in evidenza il fenomeno della dispersione della luce. Un fascio di luce bianca,dopo che ha attraversato un prisma,si suddivide nei diversi colori che costituiscono lo spettro della luce,quindi la dispersione della luce è dovuta al fatto che l'indice di rifrazione di una sostanza trasparente dipende dal colore.Un esempio è l'arcobaleno che è prodotto dalla dispersione e dalla riflessione totale dei raggi solari all'interno delle goccioline di pioggia.
Per capire l'origine dei colori bisogna usare il modello ondulatorio,secondo il quale la luce è un'onda elettromagnetica prodotta da cariche elettriche che oscillano.Ciascun colore corrisponde a una particolare frequenza e quindi a una particolare lunghezza d'onda.La luce bianca però è una miscela di onde che hanno lunghezze d'onda diverse.
Tutti i colori sono diversi perché quando sono investiti dalla luce bianca,come quella del Sole o quella di una lampadina,assorbono alcuni colori e ne riflettono altri;ad esempio le foglie sono verdi,perché diffondono il verde e assorbono tutti gli altri colori.Un corpo bianco diffonde tutti i colori,mentre un corpo nero li assorbe tutti.[br][br][br]La luce e il suono sono onde di tipi diversi.La luce è un'onda elettromagnetica che si propaga anche nel vuoto (per esempio dal Sole alla Terra), mentre il suono è un'onda di pressione che si propaga nella materia(aria,acqua...),ma non nel vuoto.Onde luminose di diversa frequenza sono percepite dall'occhio come luci di diverso colore.Onde sonore di diversa frequenza sono percepite dall'orecchio come suoni di diversa altezza.
La diffrazione della luce
Una prova che la luce è anche un onda
Nel XVII secolo , uno scienziato olandese di nome Christiaan Huygens, propose la natura ondulatoria della luce. Nel principio che prende il suo nome , egli dimostrò che la luce si comporta come un' onda e lo si può notare quando essa incide su un ostacolo. Huygens affermò che ciascun punto di un fronte d'onda può essere considerato come una sorgente di minuscole onde elementari secondarie che si dipartono da quel punto nella stessa direzione del fronte, alla velocità dell'onda stessa. Quando la luce incide su un ostacolo e i fronti si interrompono parzialmente , la luce tende ad aggirare l'ostacolo proprio come fanno le onde sulla superficie dell'acqua. Questo fenomeno che prevede l'incurvarsi dell'onda , andando a invadere la zona d'ombra dietro l'ostacolo , prende il nome di diffrazione. A confermare che la luce presenta il fenomeno della diffrazione fu un prete gesuita ,Grimaldi , il quale nello stesso secolo osservò che i raggi solari entrando in una stanza buia attraverso una fenditura minuscola su uno schermo della finestra producevano una macchia sul muro opposto ,più larga di quella che si sarebbe aspettato dalle regole geometriche. Grimaldi attribuì quest'effetto alla diffrazione della luce. Si notò anche che la diffrazione è molto marcata quando la fenditura ha dimensioni simili a quelle della lunghezza d'onda. Nella quotidianità è molto difficile osservare la diffrazione della luce dato che essa ha una lunghezza d'onda molto piccola (si parla di micrometri), mentre è facile osservare tale fenomeno con le onde sonore.
Fenomeno della diffrazione con le onde del mare.
Diffrazione di un'onda
La diffrazione di Fraunhofer corrisponde al caso in cui la luce diffratta da uno schermo sul quale incide un fascio di raggi luminosi paralleli è osservata a grande distanza dallo schermo stesso.
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L'interferenza
[b]IL FENOMENO DELL'INTERFERENZA è UN FENOMENO DOVUTO ALLA SOVRAPPOSIZIONE IN UN PUNTO DELLO SPAZIO DI DUE O PIù ONDE.[br]IL FENOMENO DELL'INTERFERENZA RIGUARDA NON SOLO LE ONDE ELETTROMAGNETICHE MA TUTTI I FENOMENI ONDULATORI.[br][/b]
[b]CONSIDERIAMO DUE ONDE ELETTROMAGNETICHE DI UGUALE LUNGHEZZA D'ONDA E DI UGUALE AMPIEZZA.[br]QUANDO ESSE INTERAGISCONO IN MODO CHE LA CRESTA DELLA PRIMA ONDA COINCIDA CON LA CRESTA DELLA 2 ONDA , LE ONDE SOMMANO ALGEBRICAMENTE LA LORO AMPIEZZA ,E SI HA UN INTERFERENZA COSTRUTTIVA CON FORMAZIONE DI UN UNICA ONDA ELETTROMAGNETICA CON AMPIEZZA DOPPIA .[/b]
[b]QUANDO LE ONDE ELETTROMAGNETICHE INTERAGISCONO IN MODO TALE CHE LA CRESTA DELLA PRIMA ONDA COINCIDA CON IL CAVO DELLA SECONDA ONDA , LE DUE ONDE SOMMANO ALGEBRICAMENTE LA LORO AMPIEZZA E SI ANNULLANO A VICENDA ,E QUINDI SI HA UN INTERFERENZA DISTRUTTIVA [/b]
