LUCE , VISIONE, OMBRA, COLORE

Aspetti scientifici e attivit laboratoriali

Per il corso di Osservazioni Scientifiche di Base

A cura di Monica Onida e Enrica Giordano

Tratto dal sito:

http://didascienze.formazione.unimib.it/lucevisione

Dipartimento di scienze umane per la Formazione

Corso di Laurea in Scienze delleducazione

Le idee fondamentali del tema

luce e visione:

Schema sorgente-occhio-oggetto e luce

Propriet della luce (intensit, colore, direzione)

Interazione luce-materiali (la luce viene in parte riflessa/diffusa; in parte riesce a passare attraverso il materiale, ma cambiando direzione; in parte assorbita)

Condizione necessaria per vedere che entri luce negli occhi

La luce in s non si vede, si vedono sorgenti e oggetti illuminati

Modello sorgente/oggetto/occhio

Esistono corpi come il sole, la lampadina, la torcia (sorgenti primarie o corpi autoluminosi) che emettono luce utilizzando energia prodotta da processi che avvengono al loro interno.

In un mezzo omogeneo la propagazione della luce avviene in linea retta.

Quando un corpo non autoluminoso (come gli oggetti e le pareti di una stanza, una persona, un albero . ed anche la luna!) colpito dalla luce, la riemette parzialmente nello spazio circostante. Ogni corpo che, illuminato, emette luce chiamato sorgente secondaria di luce.

Affinch una persona possa vedere un oggetto (sorgente primaria o secondaria) necessario che nei suoi occhi arrivi parte della luce da esso emessa.

Riemissione di luce

Qualunque corpo che non si comporti da sorgente primaria, se viene illuminato, pu riemettere luce nello spazio circostante e si dice pertanto sorgente secondaria.La sorgente secondaria principale per noi che abitiamo la Terra sempre stata la luna, che rimanda nello spazio parte della luce solare che la illumina. Come la luna, tutti i pianeti ed i loro satelliti sono sorgenti secondarie. E la parte di luce solare diffusa dalla Terra che permette agli astronauti di vedere direttamente il nostro pianeta e permette a tutti noi di vederne le immagini riprese dai satelliti artificiali.La luce riemessa da qualunque sorgente secondaria meno intensa, ha una diversa direzione di propagazione e generalmenteanche una diversa composizione spettrale rispetto alla luce da cui la sorgente secondaria viene illuminata.La riemissione di luce pu avvenire a seguito di processi di riflessione e diffusione.

Diffusione

La riflessione diffusa della luce da parte di una superficie una riflessione non speculare, in cui cio un raggio di luce che incide sulla superficie non viene rimandato indietro ad un angolo determinato, ma viene diffuso su molte direzioni che possiamo descrivere come casuali.

Un oggetto fatto da particelle che non assorbano la luce, come il gesso, o da fibre incolori, come la carta, o da un materiale policristallino, come il marmo di Carrara, riesce a riflettere indietro quasi tutta la luce che riceve, ma in maniera diffusa, non specularmente.

Gran parte degli oggetti che vediamo tutti i giorni riflettono diffusamente la luce, bianca o colorata, tanto che si pu dire che la riflessione diffusa di gran lunga il meccanismo piimportante con cui gli oggetti si rivelano al nostro occhio.

Riflessione

Molti materiali sono in grado di riflettere specularmente la luce, purchsia possibile "lucidare" la loro superficie, cio eliminarne tutte le irregolarit.

Spontaneamente regolari, tra i materiali comuni, sono le superfici dei liquidi, che si dispongono con una superficie perfettamente piana, o comunque liscia, e il vetro,

Solo i metalli, per, possono riflettere con efficienza la luce che li colpisce: nei normali specchi il materiale riflettente, infatti, alluminio o argento. Tutti gli altri materiali comuni, anche se "lucidati a specchio", riflettono solo piccole frazioni di luce.

In uno specchio piano un fascio di raggi luminosi paralleli viene deviato ma si mantiene il parallelismo dei raggi. Ciascun raggio che colpisce lo specchio viene riflesso di un angolo identico a quello di incidenza. per esempio se un raggio giunge con una angolazione di 30 rispetto alla verticale del punto di incidenza, esce con un angolo di 30 dalla parte opposta alla verticale.

Rifrazione La rifrazione la deviazione subita da un'onda che ha luogo

quando questa passa da un mezzo ad un altro nel quale la sua velocit di propagazione cambia.

La rifrazione responsabile degli arcobaleni e della scomposizione della luce bianca nei colori dell'arcobaleno che avviene quando la luce passa attraverso un prisma. Il vetro ha un alto indice di rifrazione rispetto all'aria e le diverse frequenze della luce viaggiano a velocit diverse (dispersione),

causando la rifrazione dei colori a diversi angoli,

e quindi la scomposizione.

Trasparente - opaco

Quando la luce incontra un materiale, pu interagire con esso in modi differenti. Queste interazioni dipendono dalla natura della luce e dalla natura del materiale. Le onde luminose interagiscono con un oggetto attraverso molti fenomeni; i picomuni sono assorbimento, riflessione, trasmissione, rifrazione, diffusione.

Gli oggetti hanno la tendenza ad assorbire selettivamente, riflettere o trasmettere la luce con determinate frequenze. Vale a dire, un oggetto potrebbe riflettere la luce verde assorbendo invece tutte le altre frequenze della luce visibile. Allo stesso modo un altro oggetto potrebbe trasmettere selettivamente la luce blu, assorbendo tutte le altre frequenze. Le frequenze dello spettro che non vengono assorbite vengono trasmesse o riflesse, specularmente o diffusamente . Questo ci che d origine ai colori. I corpi neri assorbono tutte le frequenze; i corpi bianchi riflettono diffusamente tutte le frequenze senza assorbirne alcuna.

Alcuni materiali, definiti otticamente trasparenti, permettono a gran parte della luce che vi cade sopra di essere trasmessa attraverso di essi senza essere riflessa. Il vetro delle finestre chimicamente puro (vale a dire non drogato) e l'acqua limpida di fiumi e delle sorgenti ne sono degli ottimi esempi.

I materiali che non consentono la trasmissione di qualsiasi frequenza d'onda di luce sono definiti opachi.

Colore

Il colore della luce dipende dalla sua

composizione (rossa la luce del laser pointer,

bianca quella del sole, ecc)

Il colore percepito di un oggetto e di una tinta

(tempera, inchiostro, ecc) nasce

dallinterazione tra locchio e la luce che arriva

ad esso, modificata in composizione e

direzione dalloggetto osservato.

Visualizzare la luce:

torcia, laser, proiettore Dalla sorgente esce un fascio di luce di forma e dimensioni che

dipendono dal tipo di sorgente.La luce non si vede, si vedono intensamente illuminate le superfici degli oggetti colpiti dalla luce diretta, le zone di parete o di telo che intersecano il fascio di luce e la diffondono nello spazio circostante permettendole di arrivare ai nostri occhi.Muovendo il telo tra la sorgente e la parete la successione delle macchie luminose pu dare una prima idea della forma del fascio nello spazio.

Usando il proiettore con telaietto vuoto, rettangoli illuminati via via pi grandi fanno pensare a un fascio a forma di tronco di piramide.Inserendo nel telaietto un foglio opaco (ad esempio foglio di alluminio) con fori di forme diverse possibile cambiare la forma del fascio.

La figura nella pagina seguente evidenzia la ricostruzione dellaforma del fascio nello spazio a partire dalla successione di macchie luminose illustrata nella serie di immagini precedenti.

Allontanandosi dalla parete:

nel caso della torcia e del

proiettore la macchia si allarga

e diventa meno intensa

Sul telo bianco si vedono macchie di luce che cambiano forma e dimensione al

variare della posizione del telo. In particolare:

disponendo il telo parallelamente alla parete e muovendolo dalla sorgente verso

la parete, nel caso della torcia (o del proiettore) si vede la macchia di luce

allargarsi progressivamente mantenendo la stessa forma;

nel caso del laser la macchia mantiene la stessa forma e le stesse dimensioni

ruotando il telo la macchia di luce cambia forma e dimensioni qualunque sia la

sorgente.

Vedere il fascio di luce

Quando si ha la sensazione di vedere il fascio di luce, quel che si vede un insieme di particelle illuminate dalla luce nel suo propagarsi dalla sorgente nello spazio. Le particelle di gesso, talco, . diffondono in tutte le direzioni la luce che le colpisce; il nostro occhio, ricevendo parte di questa luce, vede una serie di punti illuminati che visualizzano il percorso del fascio. Le particelle cadono via via sul fondo della scatola finch il fascio torna ad essere invisibile.

Spazi dombra - Penombra

http://didascienze.formazione.unimib.it/Lucevisione/Aria_Ifase/Esperimenti/spazi_dombra

_penombra.htm

Si vedono figure dombra solo nella zona di

spazio retrostante alla sagoma rispetto alla

sorgente

Mettendo la lampadina in posizione centrale rispetto alla

sagoma, disponendo il foglio parallelamente alla sagoma e

allontanandolo, si vede la figura dombra ingrandirsi

progressivamente mantenendo una forma corrispondente a

quella della sagoma. Spostando la lampadina verso destra

(sinistra) la figura dombra si sposta verso sinistra (destra) e si

deforma.

La luce esce sorgente luminosa e si propaga rettilineamente

nello spazio circostante finch non incontra la sagoma. La

sagoma ferm