PROGRAMMA OPERATIVO NAZIONALE

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1 PROGRAMMA OPERATIVO NAZIONALE Fondo Sociale Europeo "Competenze per lo Sviluppo" Obiettivo C-Azione C1: Dall esperienza alla legge: la Fisica in Laboratorio Ottica geometrica

2 Sommario 1) Cos è la luce 2) L ottica geometrica 3) Gli specchi e la riflessione 4) Le lenti 5) Gli strumenti ottici 6) Le onde luminose

3 Cos è la luce

4 Ottica Geometrica La luce si propaga lungo cammini rettilinei detti raggi Un raggio e l idealizzazione di un fascio di luce molto stretto Vedo un oggetto perche la luce raggiunge i miei occhi da ogni punto dell oggetto Solo una piccola parte dei raggi che escono dall oggetto raggiunge i miei occhi La validità dell'ottica geometrica ha per limite i fenomeni di diffrazione: le esperienze di fasci di luce che attraversano fenditure molto piccole si possono spiegare solo supponendo che la luce abbia natura ondulatoria.

5 Esempi di Ottica Geometrica Quale faccia è quella anteriore? Vediamo SOLO ciò che abbiamo davanti agli occhi? La rivista è aperta verso di noi o contro di noi? Qual è il paletto più lungo?

6 Gli specchi e la riflessione Leggi della riflessione : 1) il raggio incidente, il raggio riflesso e la normale alla superficie riflettente nel punto di incidenza sono complanari; 2) l angolo di incidenza è uguale all angolo di riflessione Immagine reale e immagine virtuale: un immagine prodotta da uno specchio si dice reale se i raggi che la determinano si intersecano fisicamente, si dice invece virtuale se viene determinata dall intersezione dei prolungamenti dei raggi Uno specchio piano restituisce sempre un immagine virtuale S simmetrica di S rispetto allo specchio

7 Gli specchi sferici I Fuoco : uno specchio parabolico concentra i raggi paralleli al suo asse ottico (asse di simmetria) in un punto chiamato fuoco. Specchio Concavo Specchio Convesso Il fuoco si trova nel punto medio di VC; la misura del segmento VF è chiamata distanza focale è pari alla metà del raggio R di curvatura dello specchio. Un fascio di raggi paralleli all'asse principale, dopo la riflessione, diverge come se provenisse dal Fuoco F. Esso è virtuale

8 Gli specchi sferici II Equazione dei punti coniugati per uno specchio sferico indicando con p la distanza tra l oggetto e uno specchio di raggio r, e con q la distanza tra lo specchio stesso e l immagine, si trova che queste tre grandezze sono legate dalla relazione 1 p + 1 q = ± 2 r il segno + si applica se lo specchio è concavo, il segno se lo specchio è convesso. G = q p => l ingrandimento lineare dello specchio A S C S S A S C AC = r; AS = q; AS = p L immagine è reale L immagine è virtuale

9 La rifrazione La rifrazione è il fenomeno per cui un raggio di luce, passando da un mezzo trasparente in un altro, di diversa densità, devia il proprio percorso. 1 a legge: il raggio incidente, il raggio riflesso e la normale alla superficie riflettente giacciono nello stesso piano 2 a legge o legge di Snell: il rapporto tra il seno dell angolo di incidenza e il seno dell angolo di rifrazione è costante al variare dell angolo di incidenza Quando un raggio luminoso passa da un mezzo meno denso a uno più denso si avvicina alla normale; se passa da un mezzo più denso ad uno meno denso si allontana dalla normale

10 Riflessione totale Angolo limite: quando la luce passa da un mezzo più rifrangente (con indice di rifrazione maggiore) ad uno meno rifrangente, il raggio rifratto si allontana dalla normale. L angolo limite è quell angolo di incidenza che corrisponde ad un angolo di rifrazione di 90, ossia il raggio rifratto risulta tangente alla superficie di separazione dei due mezzi. Se l angolo di incidenza supera l angolo limite, si ha il fenomeno della Riflessione Totale. Al limite

11 Dispersione della luce Dispersione della luce: il fenomeno per cui la luce bianca, passando attraverso un prisma, si scompone nei vari colori che la compongono che vanno dal rosso al violetto, i sette colori dell'arcobaleno. La variazione dell indice di rifrazione con la lunghezza d onda produce la separazione dei colori in un fascio di luce bianca. Il rosso è il meno deviato, il violetto il più deviato.

12 Lenti sottili I Una lente è un elemento ottico che ha la proprietà di concentrare o divergere i raggi di luce. Una lente si dice sottile se lo spessore è molto minore dei raggi delle sue superfici sferiche Lente convergente Lente divergente I raggi paralleli provenienti da una sorgente (oggetto) sono rifratti dalla lente e si verificano due possibilità: - essi convergono in uno stesso punto (Fuoco): lente convergente - essi divergono in modo che i loro prolungamenti provengano dallo stesso punto (Fuoco): lente divergente

13 Lenti sottili II Fuoco tra oggetto e lente L immagine è: dalla parte opposta della lente, rispetto all oggetto rovesciata reale Oggetto tra fuoco e lente L immagine è: dalla stessa parte della lente, dietro a oggetto e fuoco dritta virtuale 1 p + 1 q = 1 f G = q p

14 Aberrazioni Aberrazione sferica : è il fenomeno per il quale i raggi che passano attraverso punti diversi di una lente sono focalizzati in punti diversi. Si ovvia a tale problema usando lenti di piccolo diametro. Aberrazione cromatica : è il fenomeno per il quale non si ha un unico fuoco per i raggi di colori diversi. Si ovvia a tale inconveniente costruendo lenti mediante una combinazione di materiali differenti.

15 Gli strumenti ottici Gli strumenti ottici sono sistemi ottici progettati allo scopo di aumentare il potere risolutivo dell'occhio. Lente d'ingrandimento Si tratta di una lente convergente, dotata di distanza focale molto piccola, capace di formare un'immagine virtuale, dritta e ingrandita, di un oggetto disposto fra la lente ed il fuoco della lente stessa. Cannocchiale Questo strumento viene impiegato prevalentemente in astronomia. Dato che l'oggetto è molto distante l'immagine fornita dalla prima lente (obiettivo) si forma vicino al fuoco, molto piccola e capovolta, mentre la seconda (oculare) fornisce una seconda immagine virtuale ingrandita. Miscroscopio Il microscopio è formato essenzialmente da due lenti convergenti disposte a distanze opportune. Posto un oggetto a in prossimità del fuoco si forma un'immagine reale, capovolta e ingrandita, della quale si osserva l'immagine virtuale, e ulteriormente ingrandita, mediante un oculare.

16 Le onde luminose Vi sono dei fenomeni non spiegabili dalla regole dell ottica geometrica. Questi casi sono facilmente interpretabili in termini di onde Modello corpuscolare della luce: ipotesi secondo la quale la luce consiste in un flusso di particelle microscopiche, che sono emesse continuamente le sorgenti luminose. I raggi dell ottica geometrica non sono altro che le traiettorie di queste particelle. Modello ondulatorio della luce: ipotesi secondo cui la luce è un onda elettromagnetica

17 Interferenza Interferenza: quando le onde emesse da due sorgenti diverse si propagano nello stesso mezzo si sovrappongono, in modo che in alcuni punti i loro effetti si sommano (interferenza costruttiva) e in altri si annullano (interferenza distruttiva). Esperimento di Young (della doppia fenditura) : facendo passare luce monocromatica di lunghezza d onda λ attraverso due fenditure che si trovano a distanza d, su uno schermo lontano posto di frointe ad esse si alternano zone di luce e zone più scure. λ s Fronti d onda piani s = 3d d d 2 sin x 2 s y = cos x 2 x d π x = d sin θ λ

18 Diffrazione Diffrazione : è il fenomeno che si genera quando un fascio di luce colpisce un ostacolo di dimensioni confrontabili con la propria lunghezza d onda e lo riesce ad aggirare, invadendo la zona d ombra. λ Diffrazione da una fenditura: se incide su una fenditura, viene allargato e se è monocromatico, su uno schermo posto al di là della fenditura, vengono a formarsi frange chiare e scure alternate. Reticolo di diffrazione: dispositivo ottico costituito da numerose e strette fenditure affiancate poste a distanza d l una dall altra. d Fronti d onda piani 2 sin x y = 2 x θ π x = d sin θ λ y = 0 x = ± π, ± 2π,..., mπ d sinθ = mλ Quando è attraversato da luce monocromatica, forma una figura di interferenza con righe chiare e scure alternate. La posizione dei massimi di intensità corrisponde ad angoli α tali che senα=kλ/d, k=0,1,2