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Spiegazione dell'argomento di fisica: La diffrazione della luce
Tipologia: Sintesi del corso
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La diffrazione fu scoperta per la prima volta nel 1600 dal fisico italiano Francesco Grimaldi, il quale osservò che la luce, passando attraverso una piccola apertura o attorno ai bordi di un ostacolo, si diffondeva in maniera diversa rispetto a quanto previsto dalle leggi della riflessione e rifrazione. Il lavoro del fisico fu fondamentale per la comprensione del modello ondulatorio della luce, anche se la teoria completa della diffrazione emerse solo grazie ai contributi di scienziati come Thomas Young e Augustin-Jean Fresnel. Secondo il principio di Huygens, la diffrazione è il fenomeno per il quale la luce, che si comporta come un’onda, invade le aree che sarebbero normalmente in ombra. Ciò accade quando un fascio di luce passa attraverso una fenditura ritagliata in uno schermo: -Se la fenditura è più larga della lunghezza d’onda, la luce proietta sullo schermo posto dietro esso, un’unica striscia luminosa. -Se la fenditura è invece più grande della lunghezza d’onda, la striscia luminosa sarà più grande e sarà affiancata da altre frange luminose più piccole. -Se infine la fenditura è larga quanto la lunghezza d’onda, la luce avrà fronti d’onda sferici, i quali sovrapponendosi creano una “figura di diffrazione”, fatta di frange luminose e scure. Questo fenomeno avviene anche nel caso di un “reticolo di diffrazione”, ossia di uno schermo su cui sono incise diverse fenditure molto sottili, spaziate in modo regolare. (La distanza d tra due fenditure è chiamata “passo reticolare”) L’intensità luminosa di una figura di diffrazione non è uniforme. Nel caso di diffrazione da una singola fessura o da un reticolo: -Nelle frange luminose, in particolare nel punto centrale dello schermo, l’intensità luminosa assumerà il valore più grande. -Nelle frange laterali, ossia quelle scure, il valore si ridurrà quasi a zero. L’ampiezza angolare della figura di diffrazione è uguale alla distanza tra le due frange scure poste ai lati della frangia luminosa centrale, ed è calcolabile attraverso la seguente formula: Δ β = 2λ/d
[ Fissata la lunghezza d’onda, l’ampiezza angolare Δ β è inversamente proporzionale a d: una fenditura più stretta produrrà una figura di diffrazione più ampia. ] Nelle frange luminose parliamo di interferenza costruttiva, ossia che i massimi ed i minimi di due onde coincidono (sono in fase); si crea dunque un’onda risultante con ampiezza maggiore e con un’intensità luminosa più alta. Nel caso invece delle frange scure, parliamo dell’interferenza distruttiva, che si verifica quando due onde sono in opposizione di fase, ossia che il massimo di una coincide con il minimo dell’altra; si creerà dunque un’onda risultante con ampiezza ed intensità luminosa pari a zero.
Il modello ondulatorio è più accurato rispetto al modello corpuscolare per spiegare fenomeni come l’interferenza, la diffrazione e la riflessione, perché questi processi sono legati alle proprietà delle onde: -Il fenomeno dell’interferenza, in cui due onde sovrapposte si sommano o si cancellano, non può essere spiegato in termini corpuscolari. -Nel caso della diffrazione, questo comportamento è spiegabile solo attraverso il concetto di interferenza costruttiva e distruttiva, che è una caratteristica fondamentale delle onde. -Sebbene la riflessione possa essere compresa in termini corpuscolari, è solo attraverso il modello ondulatorio che si possono spiegare in modo completo fenomeni come gli angoli di incidenza, riflessione e rifrazione. -In aggiunta, proprietà come come il colore della luce o il comportamento delle onde sonore sono spiegabili solo in termini di lunghezza d’onda e frequenza, i quali non esistono nel modello corpuscolare.