Parliamo di luce...
con la 4E del liceo linguistico Vittorio Gassman
Le leggi
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A partire dal 1600 sono state attribuite due definizioni differenti alla luce, da cui si sono sviluppati due modelli rivali: il modello corpuscolare, proposto da Isaac Newton, e il modello ondulatorio, sostenuto da Christiaan Huygens.
Secondo il modello corpuscolare, la luce è un flusso di particelle microscopiche (corpuscoli) emesse dalle sorgenti luminose.
Secondo il modello ondulatorio la luce è come un'onda che si propaga, analogamente alle onde del mare o a quelle acustiche, in un mezzo, chiamato etere.
L'etere si supponeva pervadere tutto l'universo ed essere formato da microscopiche particelle elastiche. La teoria ondulatoria della luce permetteva di spiegare, anche se in maniera matematicamente complessa, un gran numero di fenomeni, oltre alla riflessione ed alla rifrazione.
I raggi luminosi possono essere di tre tipi: riflesso, rifratto e incidente.
-Il raggio riflesso è un raggio luminoso che viene riflesso dalla superficie riflettente;
-Il raggio rifratto è un raggio che entra nel corpo trasparente e che quindi devia come traiettoria;
-Il raggio incidente è un raggio luminoso che colpisce la superficie riflettente.
Riflessione della luce
La riflessione è il fenomeno in cui un raggio luminoso incontra una superficie e torna indietro.
Il raggio riflesso è posizionato sullo stesso piano del raggio incidente ed essi formano, con la retta perpendicolare alla superficie nel punto di incidenza, due angoli uguali.
La riflessione speculare consiste nella riflessione della luce in un’unica direzione.
La diffusione per riflessione consiste nella riflessione della luce in tutte le direzioni
LEGGI DELLA RIFLESSIONE:
Le due leggi della riflessione sono state formulate per la prima volta dallo scienziato e filosofo francese René Descartes.
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Il raggio incidente, il raggio riflesso e la perpendicolare alla superficie riflettente nel punto di incidenza si trovano sullo stesso piano;
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L’angolo di incidenza è uguale all’angolo di riflessione;
La rifrazione della luce
Questo fenomeno causa una deviazione di traiettoria ai raggi luminosi, passando da un mezzo trasparente a un altro avente una densità diversa.
Passando da un mezzo meno denso a uno più denso, si avvicina alla perpendicolare mentre nel caso contrario si allontana.
La rifrazione è dovuta al fatto che la velocità della luce varia da un mezzo all’altro.
LEGGI DELLA RIFRAZIONE:
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Il raggio incidente, il raggio rifratto e la perpendicolare al punto di incidenza si trovano nello stesso piano;
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Il rapporto tra i segmenti AB e CD, qualunque sia l’inclinazione del raggio incidente, si mantiene costante;
Il rapporto tra i segmenti AB e CD è detto anche indice di rifrazione dell’acqua rispetto all’aria, dipende dalla natura dei due mezzi attraversati dal raggio di luce;
Indice di rifrazione : se il primo mezzo di propagazione è il moto.
RIFLESSIONE TOTALE: Avviene quando l’angolo di incidenza è maggiore dell’angolo limite, per cui non si verifica più la rifrazione ma la riflessione.
Diffrazione dela luce
Ogni altra modalità di propagazione – diversa quindi da propagazione diretta, riflessione e rifrazione – è diffrazione.
La diffrazione è un fenomeno tipico delle onde, che non si spiega con il modello corpuscolare della luce. Infatti, questo modello prevede che i corpuscoli di luce si propaghino sempre in linea retta.
Nel fenomeno della diffrazione la lunghezza d’onda ha le stesse dimensioni dell’ostacolo che incontra, o inferiori, non si propaga più in linea retta ma “invade” le zone d’ombra superando l’ostacolo.
Da questo fenomeno hanno origine le figure di diffrazione che alternano zone di luce e zone di buio.
La dispersione della luce
La dispersione della luce consiste nella separazione di un raggio di luce in raggi di diversi colori, che si verifica quando attraversa un mezzo rifrangente (per esempio il prima).
Diffusione della luce
La diffusione è la deviazione parziale o totale di una radiazione elettromagnetica, ad esempio della luce, verso un'altra direzione, a causa di un processo chimico-fisico dovuto all'impatto con un ostacolo. In chimica e in fisica questo fenomeno è conosciuto come diffusione. Quando la radiazione luminosa colpisce degli ostacoli di dimensioni paragonabili alla propria lunghezza d'onda, ad esempio delle molecole, la luce si diffonde in tutte le direzioni.
L'intensità della diffusione: Secondo la legge sulla diffusione di Rayleigh, l'intensità della luce diffusa è inversamente proporzionale alla quarta potenza della lunghezza d'onda della radiazione elettromagnetica.
Tipi di diffusione:
Esistono diversi tipi di diffusione della luce:
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Diffusione di Thomson: La radiazione elettromagnetica si diffonde come conseguenza della presenza di particelle cariche che interagiscono con la radiazione, diventando anch'esse una sorgente di radiazione. Questo fenomeno si verifica, ad esempio, con gli elettroni di un atomo.
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Diffusione di Rutherford: La radiazione viene deviata per effetto dell’interazione tra le particelle cariche del fascio luminoso con i nuclei di un corpo solido. L'interazione causa la deviazione dei fotoni dalla loro traiettoria originaria.
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Diffusione di Compton: La radiazione viene deviata dagli urti elastici tra i fotoni del fascio di luce e gli elettroni. Questo fenomeno di diffusione è detto effetto Compton.
La differenza tra riflessione ordinaria e diffusa
La diffusione è una forma di riflessione, detta riflessione diffusa per distinguersi dalla riflessione ordinaria. Nella riflessione ordinaria la direzione della luce viene determinata solo da quella del raggio elettromagnetico che colpisce l'oggetto. Viceversa, nella riflessione diffusa la luce si diffonde in ogni direzione.
Appartengono alla categoria della diffusione anche i fenomeni di diffrazione della luce in una soluzione, a causa della presenza di piccole particelle in sospensione.
Quando le particelle in sospensione sono molto piccole, si diffonde soprattutto la luce con lunghezza d'onda minore e la soluzione assume il colore azzurro.