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LA LUCE

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LA LUCE. Immaginiamo di avere una vasca piena di acqua in cui galleggiano dei pezzettini di sughero. La superficie dell’acqua sia perfettamente in quiete; i pezzettini di sughero sono fermi.

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Presentation Transcript
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LA

LUCE

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Immaginiamo di avere una vasca piena di acqua in cui galleggiano dei pezzettini di sughero.

La superficie dell’acqua sia perfettamente in quiete; i pezzettini

di sughero sono fermi.

I pezzettini di sughero, la superficie dell’acqua, costituiscono un sistema meccanico in equilibrio.

che cosa possiamo osservare
Che cosa possiamo osservare ?

Facciamo cadere un sassolino

in un certo punto della vasca.

Un’onda si espande dal punto di caduta del sasso.

I pezzettini di sughero cominciano ad oscillare su e giù in direzione perpendicolare alla superficie dello stagno.

analizziamo che cosa successo
Analizziamo che cosa è successo

La caduta del sasso (sorgente) ha prodotto una perturbazione meccanica che nasce nel punto di caduta

La perturbazione provoca l’oscillazione (in direzione verticale) dei pezzetti di sughero

La perturbazione nata nel punto di caduta è sentita prima dai

pezzetti di pezzetto più vicino e poi dagli altri.

La perturbazione si propaga (nel mezzo acqua)in direzione radiale; l’oscillazione avviene in direzione perpendicolare alla direzione di propagazione

Si dice che è una perturbazione trasversale

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Il sasso (che ha una massa; proprietà meccanica) cadendo altera l’equilibrio meccanico del sistema

La velocità di propagazione della perturbazione e l’ampiezza di

oscillazione dei pezzetti di sughero dipendono dalla massa e dall’altezza da cui cade il sassolino e dalla viscosità dell’acqua (caratteristiche meccaniche)

La perturbazione (meccanica) può essere studiata attraverso l’analisi della posizione o della forza di richiamo (grandezze meccaniche) dei pezzetti di sughero rispetto al pelo dell’acqua all’equilibrio

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In sintesi

- Esiste la sorgente meccanica della “perturbazione”

(la pietra che cade)

- La perturbazione si propaga in mezzo che ha certe

proprietà meccaniche

(viscosità, elasticità)

  • La perturbazione viene rivelata attraverso una proprietà
  • meccanica
  • (posizione del pezzetto di sughero o forza di richiamo)
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Se continuiamo a far cadere sassolini con una cadenza opportuna (che dipende dalle viscosità dell’acqua) possiamo mantenere in oscillazione tutti i pezzettini di sughero contemporaneamente.

Se fotografiamo la quota (rispetto al pelo dell’acqua in equilibrio)

dei vari pezzetti di sughero ad un certo istante y=y(r) e la quota

di uno stesso pezzetto di sughero ad istanti successivi y=y(t), si

osserva che le posizione fotografate stanno su una curva ben

definita di tipo sinusoidale

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La propagazione della perturbazione meccanica può essere

studiata attraverso un modello matematico che si dice

modello matematico ondulatorio o onda

Questo modello è comune ad altri tipi di perturbazioni anche

legate a altre proprietà dei sistemi fisici

La luce può essere trattata come è una perturbazione di natura elettromagnetica, la cui propagazione può essere studiata secondo un modello ondulatorio traversale

perch la luce perturbazione
Perché la luce è perturbazione ?

Dal punto di vista della luce lo stato di equilibrio è il “BUIO”

Se sono in una stanza al “buio”, premendo il pulsante dell’interruttore altero questo stato perché la stanza si illumina

Il filamento delle lampadina diventa incandescente, la lampadina diventa una sorgente luminosa.

E’ l’analogo del sassogettato nello stagno

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La lampadina emette “luce” perché la corrente che circola nel

filamento eccita lo stato energetico degli elettroni. Decadendo

(con frequenze1015Hz), perdono l’energia che gli è stata fornita ed emettono la radiazione.

Dalla sorgente la “ perturbazione “ luce si irradia in tutta

la stanza, come le onde nello stagno

La radiazione dalla lampadina si propaga in tutte le direzioni

con una velocità che vale 3.108 m/sec e si indica con c.

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La perturbazione luminosa che èprodotta da cariche elettriche in movimento(elettrone che decade) si può propagare anche nel vuoto

Il mezzo in cui si propaga una radiazione luminosa è caratterizzato dall’indicedirifrazione legato alle proprietà elettromagnetiche del mezzo

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lunghezza d’onda (λ)

ampiezza

Onde

Un’onda è caratterizzata da

una lunghezza d’onda e da un’ampiezza

La radiazione elettromagnetica trasporta un’energia che aumenta al diminuire della sua lunghezza d’onda

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ONDE RADIO  = 1km – 10cm

trasmissioni radio-televisive

MICROONDE  = 10cm – 1mm

radar, telefono, forni

IR - VISIBILE - UV  = 1mm – 10-9m

calore, luce, reazioni chimiche

RAGGI X – RAGGI GAMMA  = 10-8 – 10-12m

radiografie

Onde elettromagnetiche

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Lo spettro elettromagnetico

LUNGHEZZA D’ONDA (m)

1fm 1pm 1nm 1μm 1mm 1m

10-14 10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 1 102

INFRA-

ROSSO

MICRO-

ONDE

RAGGI GAMMA

ONDE

RADIO

RAGGI X

ULTRA-

VIOLETTO

ENERGIA

VISIBILE

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Colori e lunghezza d’onda

L’occhio umano è sensibile solo ad una piccola parte dello spettro elettromagnetico: la luce VISIBILE

Ciascun colore corrisponde ad una radiazione elettromagnetica di diversa lunghezza d’onda

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Perché vediamo gli oggetti?

Noi vediamo gli oggetti perché da essi partono radiazioni luminose che giungono al nostro occhio

Una SORGENTE LUMINOSA emette luce propria, mentre gli OGGETTI ILLUMINATI diffondono in tutte le direzioni la luce da cui vengono investiti.

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fotoni

Che cos’è la luce?

UN FLUSSO DI PARTICELLE MICROSCOPICHE

emesse a ritmo continuo dalle sorgenti luminose

TEORIA CORPUSCOLARE

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fotoni

Che cos’è la luce?

UN’ ONDA

cioè energia che si propaga

UN FLUSSO DI PARTICELLE MICROSCOPICHE

emesse a ritmo continuo dalle sorgenti luminose

TEORIA CORPUSCOLARE

TEORIA ONDULATORIA

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La velocità della luce

La luce può propagarsi in un mezzo trasparente (aria, vetro, acqua) ma anche nel VUOTO.

La sua velocità nel vuoto è

c= 300 000 km / s

La luce proveniente dal sole impiega circa 8 minuti per arrivare a noi.

150 milioni di km = 8 minuti-luce

Sole

Terra

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La propagazione della luce: le ombre

La luce si propaga in linea retta

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Sorgente

puntiforme

cono d’ombra

La propagazione della luce: le ombre

La luce si propaga in linea retta

oggetto opaco

ombra

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Sorgente

puntiforme

cono d’ombra

penombra

C

Sorgente

estesa

ombra

P

La propagazione della luce: le ombre

La luce si propaga in linea retta

oggetto opaco

ombra

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Sorgente

puntiforme

ombra

oggetto opaco

cono d’ombra

eclisse parziale

eclisse totale

SOLE

LUNA

TERRA

La propagazione della luce: le ombre

La luce si propaga in linea retta

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Le proprietà della luce

Cosa avviene quando la luce colpisce un oggetto?

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Le proprietà della luce

Cosa avviene quando la luce colpisce un oggetto?

… può essere riflessa …

… trasmessa …

… assorbita e poi riemessa …

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Le leggi della riflessione

i

raggio incidente

Superficie riflettente liscia (specchio)

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r1

i

Le leggi della riflessione

i=r1

raggio incidente

raggio riflesso

Superficie riflettente liscia

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

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oggetto

Riflessione su uno specchio piano

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P

C

oggetto

Riflessione su uno specchio piano

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Riflessione su uno specchio piano

P

C

oggetto

LEZIONI DI OTTICA per le scuole medie F.Menchini 1-10

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Riflessione su uno specchio piano

L’immagine è VIRTUALE,

delle stesse dimensioni

dell’originale,

DRITTA, ma

NON E’

SOVRAPPONIBILE

ALL’ORIGINALE

P

P’

C

C’

oggetto

immagine

slide33

oggetto

Riflessione su uno specchio concavo

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P

C

oggetto

Riflessione su uno specchio concavo

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Riflessione su uno specchio concavo

L’immagine è REALE, rimpicciolita e CAPOVOLTA

P

C’

P’

C

immagine

oggetto

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oggetto

Riflessione su uno specchio convesso

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P

C

oggetto

Riflessione su uno specchio convesso

slide40

P

C

oggetto

Riflessione su uno specchio convesso

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P

P’

C’

immagine

C

oggetto

Riflessione su uno specchio convesso

L’immagine è VIRTUALE, rimpicciolita e DRITTA

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i

i

Le leggi della rifrazione

raggio incidente

raggio incidente

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Le leggi della rifrazione

r1

i

raggio incidente

raggio riflesso

r1

i

raggio riflesso

raggio incidente

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r1

i

r1

i

r2

Le leggi della rifrazione

raggio incidente

raggio riflesso

raggio riflesso

raggio incidente

raggio rifratto

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r1

i

r2

Le leggi della rifrazione

raggio incidente

raggio riflesso

r1

i

raggio riflesso

raggio incidente

r2

raggio rifratto

raggio rifratto

1a legge: il raggio incidente, il raggio rifratto e la normale alla superficie 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

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Legge Snell-Descartes

n2 sin r2 = n1 sin i

n è l’indice di rifrazione del mezzo in cui si propaga il raggio

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Esempi di rifrazione

Il bastoncino spezzato

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Esempi di rifrazione

Il bastoncino spezzato

Un bastoncino immerso parzialmente in acqua

sembra spezzato

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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

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sabbia bollente

Esempi di rifrazione

Il miraggio

aria sempre più calda e quindi sempre meno densa

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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

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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

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alim

alim

PRISMA

a riflessione totale

  • FIBRA OTTICA

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

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PERISCOPIO

Esempi di riflessione totale

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Esempi di riflessione totale

FIBRA OTTICA

PERISCOPIO

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Esempi di riflessione totale

FIBRA OTTICA

PERISCOPIO

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Esempi di riflessione totale

FIBRA OTTICA

PERISCOPIO

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Esempi di riflessione totale

FIBRA OTTICA

PERISCOPIO

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Esempi di riflessione totale

FIBRA OTTICA

PERISCOPIO

ad