OTTICA
LA LUCE NELLA STORIA
Le domande che gli studiosi si facevano erano: • Cosa è la luce?
• Da dove proviene? • Come si propaga?
• Cosa è il colore? E’ una proprietà degli oggetti?
• Se il colore non è una proprietà di un oggetto, ma è luce, perché la luce bianca si colora quando incontra un oggetto?
Riassumiamo le principali teorie formulate.
Chi e quando La teoria
Pitagorici (575-495 a.C.)
Affermano che noi vediamo grazie ad un fuoco presente in noi, il quale esce dagli occhi e cade sugli oggetti, rendendoli visibili. (CRITICA: e allora perché non vediamo al buio?)
Platone (428-348 a.C)
“Il fuoco che sta dentro di noi è della stessa natura del fuoco del giorno; di giorno il simile incontra il simile e noi vediamo; di notte il nostro fuoco incontra il dissimile e si altera e si estingue. Pertanto l’occhio cessa di vedere”
Aristotele (384-322 a.C)
La luce non ha una natura materiale e non è quindi fuoco ma è l’effetto del fuoco. I colori sono una miscela di luce e buio. Il giallo è molta luce e poco buio, il blu è poca luce e molto buio.
Huygens (1690) Ipotesi ondulatoria: la luce non trasporta materia ma è fatta di onde; due onde,
come due raggi di luce se si incontrano non si deviano.
Newton (1704) Ipotesi corpuscolare: sappiamo che un raggio di luce è rettilineo; ma allora come fa
un’onda a muoversi in linea retta?
OMBRA E PENOMBRA
Una zona si dice in ombra se non arriva alcun raggio di sole; si dice invece in penombra se solo una parte dei raggi del sole arrivano.
Durante l’eclissi di sole se viviamo nella zona d’ombra non vediamo nessuna parte del sole (ECLISSI TOTALE); se viviamo nella zona di penombra vediamo solo una parte del sole (ECLISSI PARZIALE). LA VELOCITA’ DELLA LUCE
La velocità della luce vale
299.792 km/s
Come è stata misurata una tale velocità? Con quali strumenti? Chi l’ha misurata per primo? I primi scienziati ritenevano che la velocità della luce fosse istantanea.
Per percepire una velocità tale, abbiamo bisogno di grandi distanze (se consideriamo solo qualche chilometro la luce impiega molto meno di un secondo e ci sembra istantanea).
1670 – ROMER E IL RITARDO DELLE ECLISSI
Romer osserva le eclissi di un satellite di Giove e nota che le eclissi sono più frequenti o meno frequenti a seconda della distanza della terra da giove; ne deduce che la cosa dipenda dalla velocità che ci mette la luce a giungere a terra.
RISULTATO OTTENUTO: 225.000 km/s
1849 – FIZEAU – RUOTE E SPECCHI
Da una casa nei sobborghi occidentali di Parigi, Fizeau dirige un fascio di luce verso la sommità di MontMartre, dove uno specchio lo rifletteva rispedendolo indietro.
Il fascio di luce doveva passare attraverso i denti di una ruota meccanica; se chi girava la ruota aumentava la velocità ad un certo punto il fascio riusciva a passare nel viaggio d’andata ma era bloccato nel viaggio di ritorno del dente della ruota. Da questo si deduce la velocità con la teoria delle proporzioni:
distanza ruota-specchio : velocità luce = distanza buco-dente : velocità rotazione
RISULTATO OTTENUTO: 313.000 km/s LA RIFRAZIONE
Quando la luce passa da una sostanza ad un’altra viene deviata; la deviazione dipende dalla densità della sostanza.
Ogni sostanza ha un proprio indice di rifrazione che determina quanto viene deviato il raggio di luce. L’indice di rifrazione aumenta all’aumentare della densità della sostanza; infatti l’acqua è più densa dell’aria e il raggio viene maggiormente deviato.
La rifrazione dipende anche dalla velocità della luce; la velocità della luce cambia a seconda del mezzo attraversato e questa velocità determina l’indice di rifrazione, che si calcola così:
v
c
n
=
Ove c è la velocità della luce nel vuoto e v è la velocità della luce nella sostanza considerata. Velocità e indice di rifrazione sono inversamente proporzionali.
Infatti maggiore è la densità della sostanza, minore è la velocità e quindi più grande è l’indice di rifrazione. Vediamo infatti una tabella con gli indici di rifrazione di vari materiali:
SOSTANZA INDICE DI RIFRAZIONE
Aria 1,0002
Acqua 1,3
Vetro 1,6
Diamante 2,4
IL MIRAGGIO
Proviamo a capire cosa è il miraggio; quando una raggio di luce passa da una sostanza all’altra viene deviato; la deviazione dipende dall’indice di rifrazione della sostanza; questo indice dipende dalla densità della sostanza.
Vediamo infatti una tabella con gli indici di rifrazione di vari materiali:
SOSTANZA INDICE DI RIFRAZIONE
Aria 1,0002
Acqua 1,3
Vetro 1,6
Ora, ci chiediamo: rispetto al raggio di partenza, la deviazione sarà più verso la perpendicolare o verso la linea di separazione tra i due mezzi?
Dipende dalle sostanze coinvolte e dalla loro densità.
Come si vede, se si passa da una sostanza più densa (l’acqua) ad una meno densa (l’aria), il raggio viene deviato verso la linea di separazione tra le due sostanze.
E se il raggio arriva molto obliquo?
Ad un certo punto il raggio non viene più rifratto ma viene riflesso indietro di nuovo nell’acqua.
Nel miraggio avviene proprio questo; nel deserto, il suolo raggiunge una temperatura maggiore di quella dell’aria; quindi l’aria vicina al suolo è molo più calda e quindi meno densa.
Se vediamo in lontananza una palma, i raggi che dalla palma vengono diffusi a terra, incontrano questo strato di aria calda e tornano indietro talmente deviati da farci credere che la palma si stia specchiando a terra, come in uno stagno d’acqua; appena ci avviciniamo i raggi non sono più obliqui e ci accorgiamo di esserci ingannati.
BIBLIOGRAFIA
Glen Johnson – I Dieci esperimenti più belli – Bollati Boringhieri Editore, 2009 Casati, Tealdi – Corso di Fisica – Ghisetti Corvi Editore, 1986
