Fenomeni luminosi
Natura ondulatoria della luce
- Per Newton la luce ha natura corpuscolare: è costituita da particelle che si muovono secondo le leggi della dinamica.
- Huygens: siccome la luce verifica i fenomeni di interferenza e diffrazione, tipici delle onde, dev’essere un’onda.
- Maxwell: la luce è un’onda elettromagnetica (oscillazione del campo elettromagnetico).
- Einstein: spiega l’effetto fotoelettrico tramite la natura corpuscolare della luce, che risulta essere costituita da “pacchetti” (quanti) di energia chiamati fotoni.
La luce ha una duplice natura, corpuscolare e ondulatoria.
L’ottica geometrica, già affrontata nel biennio, può essere spiegata tramite la natura corpuscolare della luce. L’esperimento della doppia fenditura di Young, invece, è spiegato tramite la natura ondulatoria.
Riflessione della luce
Prima legge della riflessione
Il raggio incidente, il raggio riflesso e la normale alla superficie riflettente nel punto di incidenza giacciono sullo stesso piano.
Seconda legge della riflessione
L’angolo di incidenza 𝚤̂ è uguale all’angolo riflesso 𝑟̂.
Rifrazione della luce
Prima legge della rifrazione
Il raggio incidente, il raggio rifratto e la normale alla superficie di separazione di due mezzi materiali nel punto di incidenza giacciono sullo stesso piano.
Seconda legge della rifrazione (legge di Snell)
𝑛%sen 𝜃% = 𝑛+sen 𝜃+ ⟹ sen 𝜃% sen 𝜃+ = 𝑛+
𝑛% Il rapporto tra il seno dell’angolo di incidenza e quello dell’angolo rifratto è costante ed è pari al rapporto tra l’indice di rifrazione del secondo mezzo e quello del primo.
L’incide di rifrazione di un mezzo materiale è definito come il rapporto tra la velocità della luce nel vuoto e la velocità della luce nel mezzo.
𝑛 = 𝑐 𝑣
Angolo limite e riflessione totale
• Se 𝑛% < 𝑛+, allora
sen 𝜃+ sen 𝜃% =𝑛%
𝑛+ < 1 ⟹ sen 𝜃+ < sen 𝜃% L’angolo rifratto si avvicina alla normale.
• Se 𝑛% > 𝑛+
sen 𝜃+ sen 𝜃% =𝑛%
𝑛+ > 1 ⟹ sen 𝜃+ > sen 𝜃% L’angolo rifratto tende ad allontanarsi dalla normale.
L’angolo limite è il valore dell’angolo di incidenza per il quale l’angolo di rifrazione 𝜃+ = 𝜃234 = 90°, ossia per il quale sen 𝜃+ = 1. Ne segue che
𝑛%sen 𝜃% = 𝑛+sen 𝜃+ = 𝑛+ ⟹ sen 𝜃% =𝑛+
𝑛% = sen 𝜃892
Quando l’angolo di incidenza supera il valore limite, si verifica il fenomeno della riflessione totale.
Questi ultimi due fenomeni si possono studiare se :;
:< < 1 ⟹ 𝑛+ < 𝑛%, quindi qualora avvenga il passaggio da un mezzo materiale più rifrangente ad uno meno rifrangente.
Legge di rifrazione per materiali con spessore
Detti 𝑡 lo spessore del materiale, 𝑑 lo spostamento del raggio emergente, 𝜃9 l’angolo incidente e 𝜃? l’angolo di rifrazione, si dimostra che vale la seguente formula:
𝑑 = 𝑡 sen(𝜃9 − 𝜃?) cos 𝜃?
Principio di Huygens
1. Ogni punto di un fronte d’onda può essere visto come sorgente puntiforme di un’onda sferica secondaria, della stessa frequenza dell’onda originale;
2. Tutte le onde secondarie si sovrappongono e formano un fronte d’onda successivo tangente a ciascuna di esse; in altre parole, il fronte d’onda successivo è l’inviluppo delle onde sferiche secondarie generate da ciascun punto (sorgente) del fronte d’onda antecedente.
Esperimento di Young
- Nella proiezione sullo schermo del punto medio tra le due fenditure, avviene interferenza costruttiva, perché la differenza tra i cammini delle onde è nulla.
- Nei punti in cui la differenza tra i cammini delle onde è multiplo intero di una lunghezza d’onda, avviene interferenza costruttiva (frange chiare).
- Nei punti in cui tale differenza supera di mezza lunghezza d’onda un multiplo intero della lunghezza d’onda stessa, allora avviene interferenza distruttiva (frange scure).
Bibliografia
- Amaldi U., L’Amaldi per i licei scientifici.blu, Seconda edizione, vol. 2, Bologna, Zanichelli, 2015
- Cutnell J. D., Johnson K. W., Elementi di fisica, Capitoli di approfondimento, Bologna, Zanichelli, 2010
- Halliday D., Resnick R., Walker J., Fondamenti di fisica, Quarta edizione, vol.
2, Bologna, Zanichelli, 2015
- Hecht E., Optics, 5th Edition, Pearson Education, 2017
