La luce Quale modello raggi onde corpuscoli fotoni

La luce Quale modello: raggi, onde, corpuscoli (fotoni)

Le onde luminose onde elettromagnetiche con frequenza compresa tra 4. 1014 e 8. 1014 Hz la lunghezza d’onda e’ compresa fra 400 nm e 750 nm Le onde luminose

Propagazione rettilinea (ottica geometrica) Per spiegare alcuni fenomeni la propagazione della luce viene descritta mediante raggi luminosi – formazione delle ombre e della penombra – eclissi – riflessione e rifrazione della luce

Ombra e penombra eclissi

velocità della luce nel vuoto c = 2, 99792458. 108 m/s costante fondamentale della natura Come si può misurare?

Metodo astronomico misura eseguita nel 1676 2, 14. 108 m/s Ole Christensen Roemer astronomo danese

Metodo terrestre (esperimento eseguito il 1849 da Armand Fizeau a Parigi) 313 300 km/s T=2 n t t=T/2 n t=2 d/c c = 4 nd/T c=4 ndf

velocità della luce nei materiale velocità della luce (m/s) Indice di rifrazione aria 2, 997906. 108 n = c/v acqua 2, 25. 108 n>1 vetro 1, 6. 108 – 2, 0. 108 diamante 1, 2. 108 Per uno stesso materiale il valore di n dipende dal colore della luce, cioè è funzione della lunghezza d’onda

Riflessione della luce angolo di incidenza = angolo di riflessione

Diffusione della luce Se la superficie è scabra, ciascun raggio riflesso rispetta le leggi della riflessione ma poichè le diverse porzioni di superficie hanno diverse inclinazioni, i raggi riflessi hanno direzioni che variano disordinatamente.

Rifrazione della luce passando da un mezzo meno denso ad un mezzo più denso il raggio si piega, avvicinandosi alla normale alla superficie di rifrazione aria vetro oppure

la rifrazione è diversa per i vari colori della luce: dispersione della luce da un prisma L’indice di rifrazione è maggiore per il violetto e minore per il rosso, di conseguenza la luce bianca viene separata nei suoi vari colori da un prisma o. . . dalle goccioline di pioggia, formando l’arcobaleno

Conseguenze della rifrazione: le illusioni del miraggio e della fata morgana miraggio

La riflessione totale Se il raggio incidente colpisce la superficie di separazione tra i due mezz con angolo pari all’angolo limite, il raggio rifratto e’ radente alla superficie, cioe’ l’angolo di rifrazione vale 90 Passando da un mezzo più denso ad uno meno denso, il raggio rifratto si allontana dalla normale alla superficie di separazione e, ad un certo punto, scompare

Applicazioni della riflessione totale: la fibra ottica e il sensore del tergicristalli Il sensore del tergicristalli

La luce come onda Principio di Huygens Ciascun punto di un fronte d’onda si comporta come una sorgente puntiforme secondaria che ha la stessa frequenza di quella primaria: il fronte d’onda (inviluppo) è dato dalla sovrapposizione di tutte le onde sferiche prodotte dalle sorgenti secondarie.

Interferenza sull’acqua sovrapposizione di onde coerenti, l’energia si distribuisce in massimi e minimi alternati linee nodali interferenza distruttiva linee antinodali interferenza costruttiva A-2 N-2 A-1 N-1 A 0 N 1 A 1 N 2 A 2

Interferenza di onde radio coerenti che si sovrappongono nello spazio danno massimi e minimi di interferenza d distanza tra le antenne Q 1 minimo di ordine 1 P 0 massimo centrale Problema d = 7, 50 km L = 14 km y = 1, 88 km ? soluzione

Interferenza di luce laser prodotta da due fenditure S 1 ed S 2 sono le fenditure luce laser scherm o cio’ che appare sullo schermo: picchi chiari intervallati da zone oscure

Misura della lunghezza d’onda della luce di un laser He-Ne mediante interferenza valore atteso = 632, 8 nm (rosso) Si devono misurare: L = distanza tra le fenditure e lo schermo, y = distanza tra due frange colorate vicine, d = distanza tra le fenditure

Misura della lunghezza d’onda della luce di un laser He-Ne mediante interferenza Reticolo di diffrazione con 300 fenditure a mm Il passo d del reticolo e’ la distanza tra due fenditure vicine Se invece della doppia fenditura si utilizza un reticolo a molte fenditure avente un passo d la distanza tra le frange luminose aumenta decisamente.

Interferenza di luce esperimento di Young (1801) Se un pennello di luce attraversa due fenditure S 1 ed S 2 di piccola larghezza, sullo schermo si ottengono frange chiare (interferenza costruttiva) alternate a frange scure (interferenza distruttiva) d distanza tra le fenditure L distanza tra schermo e fenditure y distanza tra il massimo centrale e il massimo di ordine 1 sia d che la larghezza di ciascuna fenditura sono dello stesso ordine di grandezza di misurando L, d, y si puó ricavare il valore di : L L >> , d

Esperimento di Young: come si spiega Se la differenza di cammino ottico e’ un multiplo intero di si ha interferenza costruttiva, cioe’ una frangia luminosa Se la differenza di cammino ottico e’ un multiplo dispari di /2 si ha interferenza distruttiva, cioe’ una frangia scura

Esperimento di Young: relazione approssimata r 2 L r 1 y distanza tra il massimo centrale e il massimo di ordine 1 L distanza tra le fenditure e lo schermo angolo evidenziato in rosa nei due triangoli simili

DIFFRAZIONE di luce bianca prodotta da un reticolo di 300 linee/mm si possono misurare le lunghezze d’onda delle frange colorate

DIFFRAZIONE DA UN RETICOLO laboratorio

DIFFRAZIONE prodotta da una fenditura rettangolare oltre l’ostacolo l’intensitá luminosa si ridistribuisce luce onde d’acqua

Reticoli di diffrazione se le fenditure sono numerose la figura di diffrazione che si ottiene é composta da tante frange chiare di uguale intensitá ed equamente spaziate La posizione dei massimi si ottiene imponendo che le onde giungano in fase sullo schermo y anche per i reticoli vale la legge approssimata che abbiamo trovato per due fenditure d costante del reticolo, L distanza tra reticolo e schermo, y distanza tra due frange adiacenti

Diffrazione da un reticolo: SPETTROSCOPIO serve per risolvere e misurare le lunghezze d’onda delle righe spettrali