Jump to a key chapter
È importante capire che in ottica esistono tre principali materie di studio: l'ottica geometrica, l'ottica fisica e l'ottica quantistica. Noi tratteremo solo le prime due e vedremo come le due teorie, che trattano la luce a partire da ipotesi completamente diverse, siano in realtà una l'estensione dell'altra e come spesso riescono a descrivere gli stessi fenomeni attraverso due approcci diversi (con diversi asterischi, che vedremo).
Luce
La luce è l'oggetto di studio per l'ottica, in tutte le sue branche. In particolare vedremo come, in base alla lente sotto cui si guarda questo fenomeno (ovvero se andiamo a studiarlo con i mezzi e le premesse dell'ottica geometrica, oppure quelli dell'ottica fisica), la luce può essere interpretata in maniere diverse.
Il primo passo nel nostro studio sarà quindi quello di capire quali sono le premesse per lo studio di ciascuna di queste discipline per poi andare a vedere le interazioni della luce con il mondo circostante con le limitazioni e i vincoli imposti dalle nostre ipotesi.
Ottica geometrica
L'ottica geometrica è quella branca dell'ottica che studia la luce come se fosse costituita da raggi rettilinei che vengono riflessi e rifratti a contatto con superfici riflettenti o di materiali diversi. E sono proprio questi i fenomeni che possono essere descritti tramite l'ottica geometrica:
Legge di propagazione rettilinea: questa legge dal nome molto descrittivo afferma che la luce, nel vuoto, si propaga come raggi rettilinei e lungo percorsi diritti.
Leggi della riflessione:quando la luce colpisce una superficie riflettente (ma non solo, come vedremo), questa verrà riflessa seguendo delle regole specifiche che dicono che il raggio riflesso
si trova nello stesso piano definito dal raggio incidente e dalla normale al piano della superficie
forma con la normale al piano della superficie un angolo uguale all'angolo di incidenza, ma nella direzione opposta ( \( \theta_i = \theta_r \)).
Leggi della rifrazione: quando la luce passa da un mezzo all'altro (ad esempio dall'aria viene osservata attraverso un vetro), questa subisce una deviazione dovuta al diverso indice di rifrazione dei due mezzi seguendo due semplici regole:
il raggio deviato si trova sul piano definito dal raggio incidente e dalla normale al piano della superficie
gli angoli di incidenza e rifrazione nel passare da un mezzo con indice di rifrazione \( n_1 \) e uno con indice di rifrazione \( n_2 \) possono essere descritti con la legge di Snell: \( n_1 sin \theta_1 = n_2 sin \theta_2\).
Come dicevamo nell'introduzione, però, ci sono alcuni asterischi all'ottica geometrica.
Il primo è che, ovviamente, non può descrivere tutti i fenomeni elettromagnetici legati alla luce, ad esempio non può spiegare completamente i fenomeni di diffrazione, perché alcuni di questi richiedono lo studio della luce come un fenomeno ondulatorio.
Un'altra importante limitazione è dovuta al fatto che per come è definita e descritta l'ottica geometrica, questa permette di spiegare solo fenomeni in cui l'interazione avviene tra la luce e oggetti più grandi della sua lunghezza d'onda.
Lenti e specchi
Lenti e specchi sono un importantissimo campo di studio per l'ottica geometrica, perché permettono di esplorare molti dei fenomeni di riflessione (per gli specchi) e rifrazione (per le lenti).
Vedremo insieme come si disegna, descrive tramite diagrammi e matematicamente uno specchio e una lente in maniera molto semplice e come questi semplici diagrammi ci permettano di capire cosa succede ad un'immagine che viene riflessa o osservata attraverso una lente. Infine, nella sezione di astronomia, vedremo come questi concetti possono essere usati per costruire telescopi che ci permettono di osservare oggetti astronomici distanti e impercettibili all'occhio.
Ottica fisica
L'ottica fisica è quella parte dell'ottica che è interessata ai fenomeni di interazione luce-materia che l'ottica geometrica non può spiegare con le sue ipotesi. In particolare, vedremo come la descrizione della luce come onda elettromagnetica può aiutare a descrivere più a fondo i processi di rifrazione (in particolare in quei casi in cui la rifrazione avviene su lamine sottili di un materiale, introducendo fenomeni di interferenza), ma soprattutto aiuti a spiegare i fenomeni di polarizzazione della luce, della sua diffrazione e dell'interferenza.
Polarizzazione
La polarizzazione è un'importante caratteristica delle onde elettromagnetiche che deriva direttamente dalla trattazione ondulatoria della luce. Vedremo come questa proprietà descriva l'oscillazione del campo. Per esempio si parlerà di polarizzazione verticale se il campo elettrico oscilla solo verticalmente, oppure di polarizzazione orizzontale se questo oscilla solo orizzontalmente, ma vedremo anche che esistono casi in cui la direzione di propagazione descrive una traiettoria circolare, o addirittura ellittica!
Vedremo anche alcune applicazioni quotidiane di questa proprietà, tra cui particolari occhiali da sole, le polaroid e il cinema 3D!
Rifrazione, diffrazione e interferenza
La trattazione della luce come fenomeno ondulatorio, ci permette di ampliare il concetto di rifrazione e di introdurre i fenomeni di diffrazione e interferenza!
La diffrazione ci permette di spiegare e studiare lo spettro elettromagnetico, ma anche di spiegare fenomeni più quotidiani, come il fatto che osservando da vicino e radentemente uno schermo si possono vedere tanti piccoli arcobaleni, oppure l'effetto di aberrazione cromatica che si può esservare nelle foto intorno ad alcuni oggetti colpiti dalla luce.
Lo studio dell'interferenza, invece, permette è importante per comprendere fenomeni meno comuni, ma che possiamo comunque osservare nel quotidiano, come le strisce colorate che appaiono sulle macchie di olio sottili sull'asfalto, oppure l'iridescenza degli esoscheletri di alcuni insetti.
Ottica - Punti chiave
- L'ottica è una materia di studio dell'elettromagnetismo il cui obbiettivo è quello di studiare come la luce interagisce con il mondo che la circonda.
- Esistono tre principali materie di studio nell'ottica: l'ottica geometrica, l'ottica fisica e l'ottica quantistica.
- L'ottica geometriaca è quella branca dell'ottica che studia la luce come se fosse costituita da raggi rettilinei che vengono riflessi e rifratti a contatto con superfici riflettenti o di materiali diversi.
- L'ottica fisica è quella parte dell'ottica che è interessata ai fenomeni di interazione luce-materia che l'ottica geometrica non può spiegare con le sue ipotesi.
- La polarizzazione è un'importante caratteristica delle onde elettromagnetiche che deriva direttamente dalla trattazione ondulatoria della luce. Questa proprietà descrive l'oscillazione del campo.
References
- Fig. 2: Interferenz.jpg (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Interferenz.jpg) by Dr. Schorsch (https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Xorx) is licensed by CC 3.0 Unreported (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/)
Learn with 11 Ottica flashcards in the free StudySmarter app
We have 14,000 flashcards about Dynamic Landscapes.
Hai già un account? Accedi
Domande frequenti riguardo Ottica
Quali sono i principi dell'ottica geometrica?
I tre principi dell'ottica geometrica sono la legge di propagazione rettilinea, le leggi della riflessione e le leggi della rifrazione.
Come funziona la rifrazione?
La rifrazione avviene quando la luce passa da un mezzo ad un altro (ad esempio dall'aria viene osservata attraverso un vetro), questa subisce una deviazione dovuta al diverso indice di rifrazione dei due mezzi seguendo due semplici regole: il raggio deviato si trova sul piano definito dal raggio incidente e dalla normale al piano della superficie e gli angoli di incidenza e rifrazione nel passaggio dal mezzo con indice di rifrazione n1 a uno con indice n2 sono legati da n1 sin theta1 = n2 sin theta2.
Quando un raggio di luce viene rifratto?
Un raggio di luce viene rifratto quando passa da un mezzo con un certo indice di rifrazione a un altro con un diverso indice di rifrazione.
About StudySmarter
StudySmarter is a globally recognized educational technology company, offering a holistic learning platform designed for students of all ages and educational levels. Our platform provides learning support for a wide range of subjects, including STEM, Social Sciences, and Languages and also helps students to successfully master various tests and exams worldwide, such as GCSE, A Level, SAT, ACT, Abitur, and more. We offer an extensive library of learning materials, including interactive flashcards, comprehensive textbook solutions, and detailed explanations. The cutting-edge technology and tools we provide help students create their own learning materials. StudySmarter’s content is not only expert-verified but also regularly updated to ensure accuracy and relevance.
Learn more