Lezione di ottica

1. LE ONDE LUMINOSELE ONDE LUMINOSE
Prof. Feliciano CaponeProf. Feliciano Capone
Riferimenti:Riferimenti:
Lezioni del prof. Paolo Zazzini
Uni Salento Piano Laure Scientifiche
Lezioni prof. F. Zampieri

2. 2
La luce è costituita da particelle piccolissime che, penetrando
nell’occhio ad alta velocità, provocano la sensazione della
visione
Doppia natura della luce:
ONDULATORIA e CORPUSCOLARE
La luce si propaga in linea retta
Spiega la riflessione con la teoria degli urti
elastici (conservazione della q.d.m.)
vx vx
vy vy
Non è in grado di spiegare la rifrazione
Teoria corpuscolare (Newton 1643-1727):
Newton ipotizzò una forza di attrazione da parte della
superficie di separazione (impulso) sulla luce nel
passaggio tra due mezzi a densità crescente (esempio
aria-acqua) in modo da aumentare la vy avvicinando il
raggio rifratto alla normale alla superficie
Aumento della velocità della luce passando da un mezzo meno denso ad uno più denso
Due secoli più tardi FOUCAULT dimostrò sperimentalmente il contrario !!
vx
vx
vy
vy
aria
acqua

3. 3
Contributo di molti scienziati:
Young, Huygens, Hooke, Fresnel che studiarono interferenza,riflessione e rifrazione, diffrazione
Teoria ondulatoria
Luce costituita da ONDE ELETTROMAGNETICHE:
perturbazioni periodiche nel tempo e nello spazio del campo elettromagnetico
Maxwell – 1860 Teoria dell’ELETTROMAGNETISMO
Le onde elettromagnetiche si propagano nel vuoto con la stessa velocità della luce (3x108
m/s)
Suggerendo che questo accordo non fosse casuale, Maxwell sostenne la natura ondulatoria
della luce
Il modello ondulatorio non spiega tutti i fenomeni
Hertz 1887 - Effetto fotoelettrico – emissione di elettroni da elettrodi bombardati da fotoni, particelle di luce
L’effetto fotoelettrico è spiegabile solo con la natura corpuscolare della luce!!! (Einstein 1905)
Si fa strada di nuovo il modello corpuscolare
Luce costituita da FOTONI, particelle di massa molto piccola presenti in gran numero in un fascio luminoso,
ciascuna con un piccolo contenuto di energia
La teoria quantistica mette d’accordo i due modelli spiegando alcuni fenomeni con il modello
ondulatorio (interferenza e diffrazione) ed altri con quello corpuscolare (scambi energetici)
Dagli studi di Foucault si fa strada la teoria ondulatoria

4. 4
Teoria ondulatoria
La luce è una radiazione elettromagnetica caratterizzata da una lunghezza d’onda λ ed una
frequenza ν.
λ: lunghezza d’onda = distanza in metri tra due punti allo stesso valore del campo
T: periodo = tempo in secondi che intercorre tra due istanti in cui il campo assume lo stesso valore
f: frequenza = T –1
: inverso del periodo: numero di cicli nell’unità di tempo (s-1
= Hz)
Nel vuoto:
c = 3 108
m/s.
Un’onda elettromagnetica è una perturbazione del campo elettromagnetico che si propaga in
modo periodico nel tempo e nello spazio
c = λ / T = λ f

5. 5
Teoria quantistica:
Considerando validi sia il modello corpuscolare che quello ondulatorio e mettendoli
d’accordo, permette di valutare il contenuto energetico della luce:
L’energia luminosa E che si propaga non è distribuita in maniera uniforme in tutto il fronte d’onda
dell’onda e. m. ma in modo discreto, concentrata in alcuni punti secondo quantità discrete di
energia, dette quanti:
E = h f
h : costante di Plank = 6.55 10 –27
erg sec

6. ONDE
MECCANICHE
Oscillazione di un
corpo fisico che si
propaga in un mezzo
(mai nel vuoto!)
CASO PART: onde acustiche (suono)
ELETTROMAGNETICHE
Oscillazione di un CAMPO
corda che vibra
onda elettromagnetica
→
E
B
x
→
→
λ
Bo
Eo
v
→
→
→

7. 7
Lunghezza d’onda delle radiazioni luminose molto piccola (380-780 nm) rispetto alle
dimensioni medie dei corpi con cui interagisce
Può essere accettata l’ipotesi di propagazione in linea retta con l’approssimazione grafica dei
raggi luminosi
Equazioni di Maxwell:
Forniscono risultati di notevole precisione riguardo al valore del campo elettromagnetico
in un punto dello spazio ed in un certo istante di tempo
Tale precisione è eccessiva nel caso dei fenomeni macroscopici riguardanti la luce
Per descrivere i fenomeni luminosi adottiamo il modello ondulatorio con alcune semplificazioni:
Ei
= Er
+ Ea
+ Et
Ei
/ Ei
= (Er
+ Ea
+ Et
) / Ei
a : coefficiente di assorbimento = Ea
/ Ei
r : coefficiente di riflessione = Er
/ Ei
t : coefficiente di trasmissione = Et
/ Ei
a + r + t = 1
Ea
Er
Ei
Et
Interazione di una radiazione luminosa con una parete