Ottica: fisica 2, appunti

Ottica

L'ottica è quella branca della fisica che ha come oggetto lo studio della luce 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.