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I.I.S.S. Madre Teresa di Calcutta
Casteltermini
FACCIAMO LUCE SULLA LUCE
Realizzato dalla classe IVB 2014/2015
Perché vediamo gli oggetti?
Noi vediamo gli oggetti perché da
essi partono radiazioni luminose
che giungono al nostro occhioUna SORGENTE SORGENTE
LUMINOSALUMINOSA emette luce propria, mentre
gli OGGETTI OGGETTI ILLUMINATIILLUMINATI
diffondono in tutte le direzioni la luce da cui
vengono investiti.
Che cos’è la luce?
TEORIA CORPUSCOLARETEORIA CORPUSCOLARE
fotoni
UN FLUSSO DI UN FLUSSO DI PARTICELLE PARTICELLE
MICROSCOPICHEMICROSCOPICHE
emesse a ritmo continuo dalle sorgenti luminose
Che cos’è la luce?
UN FLUSSO DI UN FLUSSO DI PARTICELLE PARTICELLE
MICROSCOPICHEMICROSCOPICHE
emesse a ritmo continuo dalle sorgenti luminose
UN’ UN’ ONDAONDA
cioè energia che si
propaga
TEORIA CORPUSCOLARETEORIA CORPUSCOLARE TEORIA ONDULATORIATEORIA ONDULATORIA
fotoni
La velocità della luce
c= 300 000 km / sc= 300 000 km / sLa luce proveniente dal sole impiega circa 8 minuti per arrivare a noi.
La luce può propagarsi in un mezzo trasparente (aria, vetro, acqua) ma anche nel VUOTO.
La sua velocità nel vuoto è
Sole
Terra
150 milioni di km = 8 minuti-luce
Onde
ampiezza
lunghezza d’onda (λ)
La radiazione elettromagnetica trasporta un’energiaenergia che aumenta al diminuire della sua
lunghezza d’onda
Un’onda è caratterizzata da una lunghezza d’onda e da
un’ampiezza
Onde elettromagnetiche
IR - VISIBILE - UV = 1mm – 10-9mcalore, luce, reazioni chimiche
RAGGI X – RAGGI GAMMA = 10-8 – 10-12mradiografie
MICROONDE = 10cm – 1mmradar, telefono, forni
ONDE RADIO = 1km – 10cm
trasmissioni radio-televisive
1fm 1pm 1nm 1μm 1mm 1m
RAGGI GAMMA
RAGGI X
ULTRA-VIOLETTO
INFRA-ROSSO
MICRO-ONDE
ONDERADIO
Lo spettro elettromagnetico
LUNGHEZZA D’ONDA (m)
VISIBILEVISIBILE
10-14 10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 1 102
ENERGIA
Colori e lunghezza d’onda
Ciascun colore corrisponde ad una radiazione elettromagnetica di diversa
lunghezza d’onda
COLORE
LUNGHEZZA D’ONDA (nm)
violetto 380-430
azzurro 430-470
verde 470-520
giallo 520-590
arancione
590-610
rosso 610-750
L’occhio umano è sensibile solo ad una piccola parte dello spettro elettromagnetico:
la luce VISIBILE
Sir Isaac Newton (Woolsthorpe-by-Colsterworth, 25 dicembre 1642 – Londra, 20 marzo 1727) è stato un matematico, fisico, filosofo naturale, astronomo, teologo e alchimista inglese. Citato anche come Isacco Newton, è considerato uno dei più grandi scienziati di tutti i tempi. Fu Presidente della Royal Society. Newton fu il primo a dimostrare che la luce bianca è composta dalla somma (in frequenza) di tutti gli altri colori. Egli, infine, avanzò l'ipotesi che la luce fosse composta da particelle da cui nacque la teoria corpuscolare della luce in contrapposizione ai sostenitori della teoria ondulatoria della luce, patrocinata dall'astronomo olandese Christiaan Huygens e dall'inglese Young e corroborata alla fine dell'Ottocento dai lavori di Maxwell e Hertz. La tesi di Newton trovò invece conferme, circa due secoli dopo, con l'introduzione del "quanto d'azione" da parte Max Planck (1900) e l'articolo di Albert Einstein (1905) sull'interpretazione dell'effetto fotoelettrico a partire dal quanto di radiazione elettromagnetica, poi denominato fotone. Queste due interpretazioni coesisteranno nell'ambito della meccanica quantistica, come previsto dal dualismo onda-particella.
Il disco di Newton: L’insieme di tutti i colori dello spettro solare, presi
ciascuno in opportune proporzioni,produce luce bianca,come si può facilmente verificare in laboratorio con il disco di Newton, un cartoncino diviso radialmente in settori di diversi colori, il quale, posto in rapida rotazione attorno a un asse passante per il centro, appare bianco. La condizione richiesta è soltanto che la velocità angolare di rotazione sia tale che il colore riflesso da ogni settore all’occhio dell’ osservatore permanga sulla retina di quest’ ultimo per almeno 1/10 di secondo, in modo da non consentire la percezione cromatica separata dei vari colori.
Costruzione del Disco di Newton
Si prende un cartoncino di 0,3 mm e si ritaglia un cerchio. Dal centro viene diviso radialmente in settori di diverse
estensioni angolari e in proporzione che verranno ricoperte da fogli colorati, acquistabili in cartoleria. Per mettere in movimento il disco possiamo usare una trottola giocattolo, oppure costruire una ruota che viene messa in movimento da una puleggia collegata alla ruota stessa, questo sistema era usato anticamente. Più semplicemente possiamo costruire una trottolina, con un goniometro circolare di plastica, sulla cui superficie viene incollato un cartoncino dello stesso diametro, preparato con le percentuali di colori e diviso radialmente in settori.
1 2 3 4
Il disco di Newton, dapprima fermo (1) e poi posto in rapida rotazione (2 e 3), fino ad apparire bianco (4)
L’occhio umano
L’occhio, tramite la lente del cristallino, forma un’immagine degli
oggetti sulla retina, da cui poi partono gli
impulsi elettrici che arriveranno al cervello
La retina è ricoperta di coni e bastoncelli.
I CONI sono i responsabili della visione
a colori
La propagazione della luce: le ombre
ombra
cono d’ombra
Sorgentepuntiforme
La luce si propaga in linea rettaoggetto opaco
La propagazione della luce: le ombre
ombra
cono d’ombra
Sorgentepuntiforme
La luce si propaga in linea rettaoggetto opaco
Sorgenteestesa
P
penombraC
ombra
La propagazione della luce: le ombre
SOLE LUNA
TERRA
eclisse parziale
eclisse totale
La luce si propaga in linea retta
Sorgentepuntiforme
ombra
cono d’ombra
oggetto opaco
Le proprietà della luce
Cosa avviene quando la luce colpisce un oggetto?
… può essere riflessa …
… trasmessa …
… assorbita e poi riemessa …
Le leggi della riflessione
i r1
Superficie riflettente liscia (specchio)
1a legge: il raggio incidente, il raggio riflesso e la normale alla superficie riflettente giacciono nello stesso piano
2a legge: l’angolo di incidenza è uguale all’angolo di riflessione i=r1
i=r1raggio incident
e
raggio rifless
o
Le leggi della riflessione
i r1
Superficie riflettente liscia (specchio)
Superficie scabra
1a legge: il raggio incidente, il raggio riflesso e la normale alla superficie riflettente giacciono nello stesso piano
2a legge: l’angolo di incidenza è uguale all’angolo di riflessione i=r1
i=r1raggio rifless
o
raggio incident
e
L’immagine è VIRTUALE, delle stesse dimensioni dell’originale, DRITTA, ma NON E’ SOVRAPPONIBILE ALL’ORIGINALE
Riflessione su uno specchio piano
oggetto
P
C C’
P’
immagine
Riflessione su uno specchio concavo
L’immagine è REALE, rimpicciolita e CAPOVOLTA
oggetto
P
C
P’
immagine
C’
Riflessione su uno specchio convesso
L’immagine è VIRTUALE, rimpicciolita e DRITTA
oggetto
C’
P’
P
immagine
C
Le leggi della rifrazione
i r1
i r1
raggio rifless
oraggio rifless
o
raggio incident
eraggio
incidente
Le leggi della rifrazione
i r1
r2
i r1
raggio incident
e
raggio rifless
oraggio
incidente
raggio rifless
oraggio rifratto
Le leggi della rifrazione
i r1
r2
i r1
r2
1a legge: il raggio incidente, il raggio riflesso e la normale alla superficie riflettente giacciono nello stesso piano
2a legge: 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
raggio rifless
o
raggio incident
e
raggio rifless
o
raggio incident
e
raggio rifratto
raggio rifratto
Lenti convergenti e divergenti
Immagine capovolta e rimpicciolitaImmagine capovolta e ingrandita
Lenti convergenti
Lenti divergenti
Immagine diritta e rimpicciolita
Applicazioni delle lenti
macchine fotografich
e
binocoli e cannocchiali
microscopi e lenti di
ingrandimento
occhiali da vista
Esempi di rifrazione
Il bastoncino spezzato
Un bastoncino immerso parzialmente in acqua
sembra spezzato
Esempi di rifrazione
Il bastoncino spezzato
Un bastoncino immerso parzialmente in acqua
sembra spezzato
P
P’
A causa della rifrazione, gli oggetti in acqua
appaiono più in alto di dove realmente si trovano
Il fenomeno della fata Morgana
In ottica la Fata Morgana, o Fatamorgana, è una forma complessa e insolita di miraggio che si può scorgere all'interno di una stretta fascia al di sopra dell'orizzonte. Il nome italiano è conosciuto anche all'estero,perché si tratta di un fenomeno frequentemente osservato nello Stretto di Messina. Esso fa riferimento alla fata Morgana della mitologia celtica, che induceva nei marinai visioni di fantastici castelli in aria o in terra per attirarli e quindi condurli a morte. Tale fenomeno, che può essere osservato a terra o in mare, nelle regioni polari o nei deserti, distorce enormemente l’oggetto (o gli oggetti) su cui agisce il miraggio, tanto da renderli insoliti e irriconoscibili. Può riguardare qualsiasi tipo di oggetti "distanti", come isole, coste o barche. Il soggetto è mostrato in rapida evoluzione, in posizioni diverse da quelle originarie, in una visione che può passare senza soluzione di continuità dalla compressione all'allungamento.
Il fenomeno si verifica in diversi luoghi nel mondo e ha ispirato numerose opere poetiche, i cui autori fornivano spiegazioni fantasiose del fenomeno. Ha avuto ampia diffusione l'opinione che questo miraggio sia anche la causa di alcuni casi di avvistamenti UFO.
Riflessione totale
Se la luce passa da un mezzo meno denso a uno più denso incidendo con un angolo
superiore di un ANGOLO LIMITE, essa viene riflessa totalmente
alim alim
Riflessione totale
Se la luce passa da un mezzo meno denso a uno più denso incidendo con un angolo
superiore di un ANGOLO LIMITE, essa viene riflessa totalmente
alim alim
PRISMA a riflessione
totale
Riflessione totale
Se la luce passa da un mezzo meno denso a uno più denso incidendo con un angolo
superiore di un ANGOLO LIMITE, essa viene riflessa totalmente
FIBRA OTTICA
PRISMA a riflessione
totale
alim alim
La fibra ottica
Le fibre ottiche sono filamenti di materiali vetrosi o polimerici, realizzati in modo da poter condurre al loro interno la luce (propagazione guidata), e che trovano importanti applicazioni in telecomunicazioni, diagnostica medica e illuminotecnica.
FIBRA OTTICA