Ottica: fisica 2, appunti

Ottica

L’ottica è quella branca della fisica che ha come oggetto lo studio della luca e si divide in:

• Ottica geometrica: che assume la propagazione della luce secondo raggi;

• Ottica fisica: che assume la propagazione della luce secondo onde;

• Ottica quantistica: che studia l’interazione luce-materia attraverso le leggi della meccanica

quantistica;

Il nostro studio si baserà sui principi dell’ottica fisica e dell’ottica geometrica e quindi sullo studio

delle onde e dei raggi. In particolare tratteremo fenomeni di riflessione, rifrazione e spettro

elettromagnetico, oltre che la teoria della formazione delle immagini.

Riflessione

È un fenomeno che interviene quando un raggio di luce

incontra la superficie di separazione tra due mezzi

diversi (ad esempio la superficie dell’acqua).

Consideriamo il caso di uno specchio investito da un

raggio incidente. Lo specchio rifletterà il raggio secondo

le due principali leggi della riflessione:

1. Il raggio incidente e il raggio riflesso giacciono sullo stesso piano su cui giace la retta

normale (n) allo specchio.

2. L’angolo di incidenza tra raggio incidente/retta n è uguale all’angolo di incidenza tra raggio

riflesso/retta n.

Quando lo specchio risulta essere perfettamente piano il raggio riflesso risulterà essere

perfettamente uguale al raggio incidente e avremo il fenomeno di riflessione speculare.

Quando invece lo specchio non è perfettamente piano, il raggio riflesso risulterà essere distorto

rispetto al raggio incidente e si parlerà di riflessione diffusa.

Specchio Piano

Lo specchio piano è una superficie non curva dotata di alto potere riflettente.

Quando uno specchio piano è investito da un raggio luminoso,

quest’ultimo viene riflesso divergendo dallo specchio.

In particolare congiungendo tutti i raggi provenienti

dall’oggetto illuminato posto in un certo punto P dello spazio,

noteremo che questi è come se partissero da un punto che si

trova simmetricamente opposto allo specchio rispetto a P.

Tale punto si dice immagine virtuale dell’oggetto posto in P e non risulta essere uguale

all’immagine originale, in particolare differisce per il fatto che appare rovesciata (la destra diventa

sinistra, ecc.).

Punto Focale

Il punto focale è definito come il punto (che si trova a

una certa distanza focale) in cui convergono i raggi

paralleli all’asse ottico, ovvero la linea immaginaria che

definisce il percorso lungo il quale la luce si propaga

attraverso il sistema.

I raggi convergono grazie alla presenza di una lente

convessa, maggiore è lo spessore della lente e minore

sarà la distanza focale.

Le lenti possono anche far divergere i raggi, in quel caso

parleremo di lenti concave.

Legge delle Lenti Sottili

Consideriamo una lente, obbligatoriamente sottile biconvessa simmetrica e definiamo:

Piano della lente: quel piano su cui giace il

bordo rotondo della lente e che la divide in

due metà di ugual forma, simmetriche

rispetto al piano stesso

Asse ottico: quella retta perpendicolare al

piano della lente che passa per il centro

della lente stessa.

Spazio-Oggetti: il semispazio a sinistra della

Piani Focali: i due piani (posteriore e anteriore) lente in cui è presente un oggetto.

che passano per i due fuochi, simmetricamente Spazio-Immagine: il semispazio alla destra

uguali. della lente in cui verrà proiettato l’oggetto.

Preso un oggetto nello Spazio-Oggetti, posto a una distanza p dal piano della lente e supponiamo

che la lente ne proietti un’immagine a distanza q del medesimo piano ma nello spazio immagini.

La legge delle lenti sottili mette in relazione p, q, f: