Specchi e lenti documento PDF

- Laboratorio aperto –
Cecilia Magni, Delia Noferi
Specchi e lenti
Cominciamo con gli specchi…
Specchi piani
Un raggio di luce segue una traiettoria rettilinea…
…ma se facciamo incidere il raggio su uno specchio piano vediamo che
viene riflesso. Ma come viene riflesso?
Mettendo un goniometro sullo schermo possiamo verificare che…..
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In particolare se il raggio è perpendicolare allo specchio vediamo che…
Con un fascio di raggi abbiamo la stessa cosa:
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Attività con gli specchi piani
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Osserviamo le immagini prodotte da due specchi posizionati
in modo da formare un dato angolo…
Quante immagini si formano se l’angolo tra gli specchi è di 90°?
E se l’angolo è di 60°?
Perché?
Prova a spiegare quello che accade facendo un disegno.
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3)Una misura fatta …con la luce!
Materiali
- 1 o 2 cartoncini bristol
- carta velina o carta semitrasparente da forno
Carta
semitrasparente
Forellino fatto con
spillo
Cilindro fatto con
cartoncino bristol
Costruzione
- Formare un tubo con un cartoncino bristol ( oppure con due cartoncini infilati uno
dentro l’altro in modo da ottenere un tubo più lungo e, di conseguenza, una misura
più accurata)
- incollare ad una estremità del tubo un foglio di carta velina;
- chiudere l’altra estremità del tubo con un cartoncino (tipo confezione di cereali)
avente al centro un forellino fatto con uno spillo
A
C
F
D
B
Metodo di misura
I raggi provenienti dal sole e passanti nel forellino di entrata del tubo formano sulla
carta velina una macchia luminosa circolare di diametro CD.
Se indichiamo con l la lunghezza del tubo e altezza del triangolo CDF e con d la
distanza Terra – Sole poiché i triangoli CDF e ABF sono simili ( quindi basi e altezze
corrispondenti sono in proporzione) abbiamo che
l : CD = d : AB
La misura di l e CD permette quindi di determinare il rapporto d: AB, ovvero il
numero che esprime la distanza tra la Terra e il Sole scegliendo come unità di misura
il diametro solare. In altre parole il numero d: AB corrisponde al numero di Soli
immaginari che potrebbero essere affiancati tra il pianeta Terra e il Sole!
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Specchi sferici
Vediamo adesso cosa accade se facciamo incidere il fascio di luce su uno
specchio sferico cioè a forma di calotta sferica: se la parte riflettente è
quella interna (specchio concavo) il fascio viene riflesso ma osserviamo
che i raggi riflessi .…
mentre se la parte riflettente è quella esterna (specchio convesso) vediamo
che i raggi riflessi …
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Corpi trasparenti….
Vediamo adesso cosa accade se facciamo incidere il raggio di luce su un
semicilindro di materiale trasparente: il raggio passa, ma viene deviato.…e
viene chiamato raggio rifratto.
Con un fascio di raggi il fenomeno è ancora più evidente e posizionando il
semicilindro in modo che la faccia piana sia perpendicolare ai raggi di luce
i raggi incidenti osserviamo che i raggi rifratti….
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Se il semicilindro è posizionato con la faccia piana a 45° rispetto al
cammino del raggio il raggio viene… riflesso!
Possiamo deviare il cammino della luce ad angolo retto anche utilizzando
un prisma trasparente a base triangolare posizionandolo in modo
opportuno:
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Lenti convergenti e divergenti
Le lenti sono corpi trasparenti delimitati da calotte sferiche ( o da almeno
una calotta sferica) e possono essere più spesse al centro o alle estremità.
Osserviamo che se facciamo incidere un fascio di raggi di luce su una lente
più spessa al centro i raggi rifratti convergono tutti in un punto (chiamato
fuoco della lente perché in quel punto si concentra molta energia
luminosa).
Per questo motivo questo tipo di lente si chiama lente convergente.
Naturalmente i fuochi della lente sono due (simmetrici rispetto alla lente) e
la distanza fuoco-lente viene chiamata distanza focale e generalmente è
indicata sulla lente: se per esempio sulla lente troviamo scritto +15
significa che si tratta di una lente convergente di distanza focale 15 cm.
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Se invece prendiamo una lente più spessa ai bordi osserviamo che i raggi
rifratti divergono, ma che i loro prolungamenti all’indietro passano per uno
stesso punto che viene chiamato fuoco virtuale.
Questo tipo di lente si chiama lente divergente e in genere la sua distanza
focale viene indicata con un numero negativo.
Se per esempio sulla lente troviamo -15 significa che la distanza lentefuoco virtuale è di 15 cm.
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Immagini prodotte da una lente convergente
Se poniamo una candela davanti ad una lente convergente possiamo
raccogliere l’immagine della candela su uno schermo se posizioniamo lo
schermo ad una data distanza dalla lente.
Variando la distanza della lente dalla candela possiamo raccogliere
immagine capovolte e di diversa dimensione…
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Quali sono le posizioni della lente che forniscono immagini
rimpicciolite?
E qual è la distanza lente-candela per cui si ottiene un’immagine della
stessa dimensione della candela? E per quale distanza lente-candela
l’immagine risulta ingrandita?
In particolare ci accorgiamo che quando la distanza tra la lente e la
candela è uguale alla distanza focale della lente (che è scritta sulla lente)
non riusciamo più a raccogliere l’immagine…è come se l’immagine si
formasse a grande distanza (la vediamo sul muro).
E se la distanza lente-candela è minore della distanza focale cosa
accade?
Non riusciamo più a raccogliere un’immagine sullo schermo posto al di
là della lente: se però ci posizioniamo dalla parte della lente vediamo
un’immagine ingrandita e diritta.
Questa è la situazione in cui usiamo la lente come lente di
ingrandimento!
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Attività con le lenti
1)Combinazioni di lenti.
Cosa accade se combiniamo due lenti convergenti?
Come appare un oggetto se lo osserviamo attraverso due lenti, per
esempio di +10 e +30?
Se un piccolo oggetto è posto vicino alla lente di +10 e mettiamo
l’occhio dalla parte della lente di +30 regolando la distanza tra le lenti
vedremo l’oggetto ingrandito e capovolto: abbiamo ottenuto un
microscopio!
Se invece un oggetto è posto piuttosto lontano dalla parte della lente di
+30 e noi guardiamo dalla parte della lente di +10 riusciamo a vederlo
distintamente (anche se capovolto): abbiamo ottenuto un telescopio!
Possiamo provare anche con una lente di +50 e una di +200….
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