Riflessione: immagine virtuale

Piano Lauree Scientifiche – Fenomeni luminosi
M. Ciminale, M. D’Angelo, C. Evangelista, E. M. Fiore
Schema della lezione
Riflessione
Discussione risultati sperimentali ottenuti nella lezione precedente.
Prima legge della riflessione: il raggio riflesso appartiene al piano individuato dal
raggio incidente e dalla normale alla superficie riflettente (specchio).
Esperienza da cattedra: determinazione del piano contenente i raggi incidente e
riflesso al variare della direzione del raggio incidente.
Seconda legge della riflessione:
Riflessione e minimo cammino geometrico:
deduzione a partire dalle due leggi della
riflessione: la luce per propagarsi da A a B
“sceglie” il percorso ANB e non il percorso AEB
Immagine virtuale prodotta da uno specchio
L’immagine ottica ha la proprietà di essere un luogo di punti in corrispondenza
biunivoca con i punti della sorgente.
Il concetto va integrato con l’idea che tale luogo di punti è il frutto di
un’opportuna interazione tra luce e materia che fa deviare la luce proveniente
dalla sorgente: altrimenti ciò che vedremmo sarebbe la sorgente stessa.
Tale corrispondenza biunivoca è ottenibile graficamente attraverso costruzioni
geometriche basate sul modello a raggi.
Immagine virtuale prodotta da uno specchio piano: costruzione geometrica
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Esperienza da cattedra:
1 foglio di carta bianca, 1 specchio piano, due cilindri uguali (per esempio
due candele) più alte delle specchio.
Il foglio di carta va messo sul tavolo e su di esso si dispongono lo specchio
(perpendicolarmente al tavolo) e il cilindro. Si disegnano sul foglio di carta le
sagome del cilindro e dello specchio. Si tiene fermo il cilindro e, guardando
nello specchio, si posiziona l’altro cilindro dietro lo specchio in modo che la sua
parte superiore, visibile al di sopra dello specchio, sembri come una
continuazione dell’immagine. Una volta individuata questa posizione si segna sul
foglio di carta la sagoma di questo secondo cilindro. I due cilindri sono
equidistanti dalla specchio e si trovano sulla retta perpendicolare allo specchio
passante per la posizione del primo cilindro.
NOTA: Si dovrebbe individuare la posizione dell’immagine ponendosi in
DIVERSE posizioni davanti allo specchio. Talvolta gli studenti pensano che
uno specchio formi un’immagine solo quando l’oggetto è posto dinanzi a esso,
oppure che l’immagine si formi oltre lo specchio lungo la congiungente
osservatore oggetto piuttosto che sulla perpendicolare condotta dall’oggetto
allo specchio, E’ consigliabile che gli studenti facciano previsioni sulla
formazione dell’immagine (per diverse posizioni di osservazione) a specchio
coperto e che poi le verifichino scoprendo lo specchio.
Per verificare l’esatta comprensione della formazione dell’immagine si può
proporre il seguente quiz:
un osservatore (rappresentato da un occhio), un oggetto
0 ed uno specchio AB sono disposti come in figura a
fianco.
L'occhio vede l'immagine dell'oggetto?
Questo quiz (con relativa soluzione
esplicativa) si trova alla pagina interattiva
ed
applet
http://www.ba.infn.it/~fisi2005/evangelista/QuizSpec.html
Applet (relativa a questo quiz):
http://www.ba.infn.it/~fisi2005/evangelista/Specchio3.html
Applet (formazione di un’immagine virtuale punto a punto) :
http://www.phy.ntnu.edu.tw/oldjava/optics/mirror_e.html
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Rifrazione
Discussione risultati sperimentali ottenuti nella lezione precedente.
I legge della rifrazione: i raggi incidente e rifratto individuano un piano
contenente la normale alla superficie di separazione dei mezzi.
II legge rifrazione:
sen θi = K sen θr
Discussione della dipendenza di K dallo spessore del mezzo attraversato dalla
luce: previsioni teoriche basate sul modello a raggi e sull’ipotesi secondo cui la
luce si propaga in linea retta in un mezzo omogeneo
Esperienza da cattedra: misura di K su blocco di plexiglass di spessore maggiore
di quello usato durante l’esperienza.
Applet (diottro piano): http://www.walter-fendt.de/ph14i/refraction_i.htm
Indice di rifrazione: assoluto e relativo.
Il coefficiente di proporzionalità diretta determinato nell’esperienza sulla
rifrazione caratterizza il sistema formato dai due mezzi omogenei in ciascuno
dei quali la luce si propaga in linea retta (in altre parole l’indice di rifrazione
dipende dai due mezzi): è pertanto definito indice di rifrazione relativo.
E’ infatti possibile osservare nella simulazione precedente (Applet) come, fissato
uno dei mezzi e cambiando l’altro, la relazione tra i seni degli angoli riflesso e
rifratto rimane di proporzionalità diretta ma il coefficiente di proporzionalità
varia.
Si può introdurre l’indice di rifrazione assoluto di un mezzo, come il
coefficiente che caratterizza il sistema vuoto-mezzo.
Diottro a facce piane e parallele
Cosa vi aspettate che accada al raggio rifratto dalla superficie anteriore della
lastra di plexiglas, quando attraversa la superficie posteriore della lastra?
Applicazione della 2a legge della rifrazione ad entrambe le superfici della lastracostruzione geometrica-deduzioni:
1) i raggi incidente (sulla faccia anteriore) ed emergente (dalla faccia
posteriore) sono //
2) coefficiente angolare della retta nel passaggio aria - plexiglas: n2/n1;
coefficiente angolare della retta nel passaggio plexiglas - aria: n1/n2.
Dal blocco di Plexiglass alle lenti
Esperienza da cattedra: lampada con tre fenditure e lenti cilindriche
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