Appunti sulla luce e sulla natura corpuscolare, Formule e Formulari di Fisica. Politecnico di Milano
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Appunti sulla luce e sulla natura corpuscolare, Formule e Formulari di Fisica. Politecnico di Milano

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LUCEstud1213

CHE COSA E' LA LUCE? IPOTESI E TEORIE • PITAGORICI (VI-III a.C.) Concezione soggettiva: la visione avviene grazie ad un fuoco che esce dal nostro occhio e colpisce gli

oggetti rendendoli visibili. • ATOMISTI (LUCREZIO 96-55 a.C.) Concezione materialista della luce: la luce si muove dal corpo ("scorze" luminose) e colpisce gli occhi • XVI, XVII sec (KEPLERO, GALILEO e altri) Si comprende il funzionamento dell'occhio: le immagini si formano all'interno dell'occhio mentre

all'esterno ci sono gli oggetti su cui si posa a luce: Vengono definitivamente separati i concetti di LUCE (ente fisico) e di VISIONE (insieme delle

sensazioni visive) e inizia lo studio dell'OTTICA come scienza  sviluppo degli strumenti ottici  studio fisico della luce con formulazione di teorie DUE TEORIE: TEORIA CORPUSCOLARE Newton (1642-1727) Ottica 1704 La luce è formata da uno sciame di corpuscoli

(noi diremmo particelle) che sono dotati di massa e obbediscono alle leggi della dinamica

- sono emessi da sorgenti - si muovono di moto rettilineo con elevate

velocità - i vari colori sono determinati dalla massa dei

corpuscoli m mVIOLA ROSSO<

TEORIA ONDULATORIA Huygens (1629-1695) Trattato sulla luce 1690 La luce è una onda materiale longitudinale e

sferica di frequenza molto piccola - i vari colori sono determinati dalla diversa

frequenza dell'onda f fVIOLA ROSSO>

Tra i sostenitori di queste teorie nacque una disputa che durò per più di due secoli e rinforzata dal fatto che entrambe le teorie erano in grado di spiegare i vari fenomeni FATTI E OSSERVAZIONI: • LA LUCE E' EMESSA DA SORGENTI • LA LUCE SI PROPAGA IN MODO RETTILINEO ANCHE NEL VUOTO • LA LUCE HA UNA VELOCITA' FINITA  Romer (1676 circa), Fizeau (1849 circa), Foucault (1865)  La velocità dipende dal mezzo in cui la luce si propaga. • LA LUCE VIENE RIFLESSA - i raggi seguono le leggi di Snellius-Cartesio - fenomeno della DIFFUSIONE • LA LUCE VIENE RIFRATTA - il raggio luminoso viene deviato quando passa da un mezzo a un altro - i raggi segueno le leggi di Snellius-Cartesio

- FENOMENO DELLA DISPERSIONE : 7 raggi monocromatici ( rosso, arancio, giallo, verde, azzurro, indaco, violetto)

• LA LUCE VIENE DIFFRATTA (padre Grimaldi, 1640) • LA LUCE INTERFERISCE (Young, 1801) • LA LUCE E' POLARIZZATA (Malus, 1808) TEORIA CORPUSCOLARE (Newton)TEORIA ONDULATORIA (Huygens) PROPAGAZIONE RETTILINEA E' un punto di forza della teoria  i corpuscoli-luce procedono in linea retta anche

nel vuoto per inerzia  i corpuscoli-luce non deflettono  i corpuscoli-luce non si sparpagliano

PROPAGAZIONE RETTILINEA E' un punto di debolezza della teoria  per il principio di Huygens il raggio dell'onda

avrebbe dovuto sparpagliarsi  un'onda materiale ha bisogno di un mezzo per

propagarsi: (ETERE).

RIFLESSIONE  la riflessione viene spiegata tramite un urto

elastico tra corpuscolo e superficie problemi:

- riflessione parziale - riflessione totale

- bolle di sapone

RIFLESSIONE  la riflessione viene spiegata tramite il principio di

Huygens problemi:

- riflessione contro le lamine sottili - esistenza dei corpi opachi

RIFRAZIONE  forza attrattiva di tipo gravitazionale tra i

corpuscoli e le particelle del mezzo che provoca un aumento della velocità dei corpuscoli

LA VELOCITA' DELLA LUCE IN UN MEZZO PIU' DENSO DEVE ESSERE MAGGIORE CHE NEL MEZZO MENO DENSO

RIFRAZIONE principio di Huygens provede una diminuzione

della velocità dell'onda

LA VELOCITA' DELLA LUCE IN UN MEZZO PIU' DENSO DEVE ESSERE MINORE CHE NEL MEZZO MENO DENSO

 la misura della velocità della luce nel vetro o

nell'acqua e il suo confronto con la velocità nell'aria avrebbe potuto stabilire qual'era la teoria corretta

DISPERSIONE  la diversa massa dei corpuscoli comporta una

maggiore o minore accelerazione:  VIOLA + rifratto = acc maggiore = = massa minore  ROSSO - rifratto = acc minore = = massa maggiore quindi MASSA VIOLA < MASSA ROSSO

DISPERSIONE  la diversa fraquenza delle onde comporta un

diversa indice di rifrazione (che cresce con la frequenza):

 VIOLA + rifratto = freq. maggiore = = n maggiore  ROSSO - rifratto = freq. minore = = n minore quindi FREQ VIOLA > FREQ ROSSO

DIFFRAZIONE E' un punto di debolezza della teoria  effetto gravitazionale tra corpuscoli e particelle

della fenditura: spiega lo sparpagliamento del fascio ma non la

formazione delle frangie chiare e scure

DIFFRAZIONE E' un punto di forza della teoria  la deformazione dell'onda viene spiegata con il

principio di Huygens spiegazione di tipo qualitativo fatta per analogia

con gli altri fenomeni ondulatori, (la spiegazione matematica non era stata ancora inventata )

POLARIZZAZIONE  Si spiega dando una forma non più sferica ai

corpuscoli

POLARIZZAZIONE  Si spiega considerando trasversale l'onda

18001801 INTERFERENZA - Young  Interpreta e spiega matematicamente il fenomeno dell'interferenza delle onde usando un modello

ondulatorio. 1818 DIFFRAZIONE - Fresnel  Interpreta e spiega matematicamente il fenomeno della diiffrazione delle onde usando un modello

ondulatorio. ∼1820 LA LUCE E' UN'ONDA TRASVERSALE - Fresnel  Interpretando il fenomeno della polarizzazione per riflessione e doppia rifrazione formula l'ipotesi che

l'onda sia trasversale 1850 MISURA DI c NELL'ARIA E NELL'ACQUA - Fizeau e Foucault  TRIONFO DELLA TEORIA ONDULATORIA RISPETTO A QUELLA CORPUSCOLARE ∼1850 SPETTROSCOPIA - Fraunhofer, Bunsen, Kirchhoff1860 ONDE ELETTROMAGNETICHE - Maxwell  ipotesi: LA LUCE È UN'ONDA ELETTROMAGNETICA  Nel 1887 Hertz verifica l'esistenza delle onde elettromagnetiche (onde radio 1879 L'ETERE NON ESISTE - Michelson e Morley  Con un apparecchio chiamato interferometro dimostrano che l'etere non può esistere. (Premio Nobel nel 1907) 19001900 TEORIA DEI QUANTI - Planck  Planck formula la teoria dei quanti: l'energia è emessa in quantità finite (quanti) (Premio Nobel 1918) 1905 FOTONI - Einstein  Per spiegare l'effetto fotoelettrico Einstein formula la teoria dei fotoni: la luce viaggia nello spazio sotto

forma di quanti (FOTONI il termine è stato introdotto da Compto nel 1928) che portano una energia E=hf con h costante di Planck (premio Nobel 1921)

1930 PRINCIPIO DI COMPLEMENTARIETA' - Bohr  La radiazione luminosa ha proprietà sia corpuscolari che ondulatorie: in determinate situazioni sono

salienti le prime, in altre le seconde. Bohr sostiene che "qualsiasi esperimento destinato a studiare le proprietà ondulatorie della luce non può rivelare l'aspetto corpuscolare e viceversa" (principio di complementarietà) per cuii si pu studiare un gruppo di proprietà alla volta.

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