LUCE e COLORE una introduzione Mauro Casalboni La

LUCE e COLORE: una introduzione Mauro Casalboni

La luce è difficilmente definibile: come per la salute, la libertà e l’aria, si apprezza la sua importanza solamente quando ci viene a mancare….

Che cosa è la luce? A questa domanda fin dall’antichità si è cercato di dare una risposta con supposizioni, studi e scoperte Alcune risposte hanno aperto nuovi campi come la teoria della relatività, la meccanica quantistica

• • • • • Pitagora pensava che fosse un fluido emesso dagli occhi Democrito invece che le immagini fossero emesse dagli oggetti Euclide, Erone di Alessandria, Tolomeo, partendo dall’ipotesi pitagorica trovarono soluzioni per specchi e sistemi semplici Ibn-Al-Hassan rigettò l’idea pitagorica Keplero e Maurolico studiarono le lenti Snell studiò la rifrazione Cartesio ipotizzò che la luce fosse formata da corpuscoli materiali Fermat formulò un principio generale partendo dalla rifrazione della luce Grimaldi scoprì la diffrazione e ipotizò la natura ondulatoria Bartholin scoprì la birifrangenza Newton studiò la scomposizione dei colori attraverso prismi accettando la teoria corpuscolare Huygens costruì un modello ondulatorio molto raffinato Young scoprì i fenomeni di interferenza Fresnel stabilì definitivamente la natura ondulatoria della luce Maxwell formulò le equazioni collegando la luce ai fenomeni elettromagnetici Fizeau misurò la velocità della luce Plank formulò un’ipotesi sui fenomeni di emissione ed assorbimento Righi scoprì l’effetto fotoelettrico Einstein formulò la spiegazione dell’effetto fotoelettrico, base per la meccanica quantistica

Keplero Pitagora Galilei, Snell, Cartesio, Democrito Euclide Fermat, Grimaldi, Bartholin Claudio Tolomeo Newton, Huygens Young, Fresnel Erone di Alessandria, Lucrezio Ibn-Al-Hassan Maxwell, Fizeau Einstein Meccanica XX sec XVII sec X sec I sec d. C. I sec a. C. III sec a. C. V sec a. C. Quantistica Fisica Moderna

Che cosa è la luce? Distinguere fra gli aspetti FISICI e quelli PERCETTIVI Rispondere a questa domanda per i fisici significa • capire chi la genera, • descriverla isolando alcune sue caratteristiche

Chi produce la luce? Quando la frequenza dell’oscillazione cade in un certo intervallo, Quando carica muove con(elettrico moto accelerato Nell’animazione sono mostrati tali antenna campi e magnetico) L’irraggiamento il nostro una occhio eper il elettrica nostro mezzo cervello disi una svolgono cilepermette funzioni di di parlare produce un una campo elettrico e uno variabili nel tempo. con apparecchio un amico ricevente lontano oe ‘vediamo’ un magnetico quanto SMS tramite ci viene il cellulare. trasmesso prodotti da carica ininviare moto sinusoidale. La dalla stessa sorgente situazione che insiquesto presenta caso per sono lecarica trasmissioni gli atomi radioper o televisive esempio dove quelli Variando la frequenza del moto della lungostessi, l’antenna la eccitati frequenza dell’oscillazione corrente che passa definisce nel filamento la stazione di una emittente. lampadina. varia la dalla frequenza dell’onda elettromagnetica ottenuta.

Che caratteristiche ha la luce? Frequenza Lunghezza d’onda

Che caratteristiche ha la luce? Frequenza Lunghezza d’onda lunghezza d’onda T periodo = 1/T frequenza

Che caratteristiche ha la luce? Velocità =c

La luce è quindi un’onda elettromagnetica in grado di • Viaggiare nel vuoto • Interagire con la materia La materia come La luce come “inizio” della luce “fine” della luce mezzo per studiare la materia

Torniamo unè passo indietro Che cosa la luce? Distinguere fra gli aspetti FISICI e quelli PERCETTIVI Rispondere a questa domanda significa • capire come funziona il nostro occhio • capire come funziona il nostro cervello

Sensibilità dell’occhio umano Visione scotopica (notte) ai diversi colori Visione fotopica (giorno)

Vetri romani I sec d. C. ©National Geographic

Se vedessimo l’infrarosso….

La parte sensibile dell’occhio è la retina Essa contiene cellule nervose sensibili a tre e cellule sensibili ai bassi livelli di illuminazione diversi i coni ma checolori, non distinguono bene i colori: i bastoncelli

BASTONCELLI Contengono pigmenti che assorbono fotoni in un ampio range di lunghezze d’onda Alto livello di sensibilità CONI Esistono tre tipi di coni, ognuno sensibile ad uno stretto range spettrale Alta risoluzione spaziale Livello di sensibilità inferiore ai bastoncelli

GG == 100 20 RR == 100 40 BB == 20 0 Come l’occhio distingue i colori: hanno tre segnali distinti, per il blu (B), Dato un colore si Un altro avrà un’alta combinazione il verde (G) ed il rosso (R).

Questo maccanismo di costruzione del colore si chiama SINTESI DEL COLORE ed è utilizzato tutte le volte che si deve rivelare o riprodurre un colore.

Si può procedere sommando luci di colori diversi ad esempio in uno schermo televisivo tradizionale La somma di tutte e tre le componenti cromatiche produce il bianco Tale procedimento è detto SINTESI ADDITIVA

Si può procedere togliendo alla luce incidente bianca alcune componenti. Nella pittura, ad esempio con le tempere, se vogliamo ottenere il verde mischiamo il giallo con il celeste Togliendo tutte le componenti cromatiche si produce il nero Tale procedimento è detto SINTESI SOTTRATTIVA

Per concludere analizziamo alcuni fenomeni comuni collegati con la luce: la trasmissione, la rifrazione, la riflessione, la diffusione e la luminescenza.

Trasmissione Rifrazione Riflessione Diffusione

Trasmissione Rifrazione Riflessione Diffusione LUMINESCENZA Giudizio Universale: immagine nel VIS (sinistra) e in fluorescenza indotta UV (destra): l'azzurro di lapislazzuli, utilizzato da Michelangelo, e' riconoscibile dalla presenza di una fluorescenza bianco-verdastra

La luceper…. trova moltissime applicazioni: Si usa proviamo a pensare…… Studiare l’universo Curare Produrre energia Misurare le distanze Comunicare Ricordare Calcolare Misurare l’inquinamento Studiare la materia Tagliare, saldare …. .

Si usa per…. Studiare l’universo Curare Produrre energia Misurare le distanze Comunicare Ricordare Calcolare Misurare l’inquinamento Studiare la materia Tagliare, saldare …. . La Galicia del Triangolo, una delle galassie più vicine alla Via Lattea.

Si usa per…. Studiare l’universo Curare Produrre energia Misurare le distanze Comunicare Ricordare Calcolare Misurare l’inquinamento Studiare la materia Tagliare, saldare …. .

Si usa per…. Studiare l’universo Curare Produrre energia Misurare le distanze Comunicare Ricordare Calcolare Misurare l’inquinamento Studiare la materia Tagliare, saldare …. . e per tante altre cose…….

Contributi da http: //www. boscarol. com/pages/cs/index. html http: //www. fis. unipr. it/seminari_scuole/2005/materia/proprottiche 2005. pdf http: //www. ee. iastate. edu/~hsiu/em_movies. html http: //optoweb. fis. uniroma 2. it/ http: //www. ilmondodelletelecomunicazioni. it/propagazione_file/propagazione. htm http: //gallery. hd. org/_c/natural-science/prism-and-refraction-oflight-into-rainbow-AJHD. jpg. html http: //upload. wikimedia. org/wikipedia/commons/1/19/Thunderstorm_in_sydn ey_2000 x 1500. png http: //www. calciomercato. it/imagenes/detalle_1/NEWS_1242036368_blackout. jpg

Mauro Casalboni professore di Fisica dei Solidi e Ottica Quantistica presso Il Dipartimento di Fisica dell’Università di Roma Tor Vergata membro del Centro di Ricerca e Formazione permanente per l’Insegnamento delle Discipline Scientifiche (http: //www. mat. uniroma 2. it/crf/) casalboni@uniroma 2. it