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Basi di ottica

I principi base dell'ottica spiegati punto per punto - Parte Prima

L'ottica geometrica: riflessione e rifrazione

Il comportamento dei raggi di luce viene descritto dalla cosiddetta ottica geometrica. L'ottica geometrica è solo una approssimazione del comportamento della luce, che viene descritto completamente dall'ottica ondulatoria, ma una approssimazione che è in grado di descrivere la maggior parte dei fenomeni.

Nell'ottica geometrica, la luce è formata da raggi che si propagano in linea retta in un mezzo. Ogni mezzo è caratterizzato da un numero chiamato indice di rifrazione che viene indicato con il simbolo n. L'indice di rifrazione dipende dalla composizione e dalla densità del mezzo. Nella tabella ci sono alcuni indici di rifrazione per vari mezzi.

Quando incontrano una superficie che separa due mezzi con diversi indici di rifrazione (ad esempio aria e vetro, oppure aria ed acqua, o anche due vetri diversi), il comportamento dei raggi di luce è regolato da due leggi fondamentali:

  • Nella riflessione il raggio di luce (detto incidente) dà origine ad un raggio riflesso. L'angolo incidente è uguale all'angolo riflesso misurato rispetto alla perpendicolare della superficie. La riflessione avviene in modo pressoché completo solo in alcuni casi, di solito quando si ha a che fare con una superficie metallica.
  • Nella rifrazione il raggio di luce incidente dà origine a un raggio rifratto. Anche qui consideriamo gli angoli rispetto alla perpendicolare della superficie, e la loro relazione è regolata dalla cosiddetta legge di Snell:

Legge di Snell

Il fenomeno della riflessione Quando il primo mezzo ha un indice di rifrazione minore del secondo (ad esempio nel passaggio da aria a vetro), il raggio rifratto si avvicina dalla perpendicolare più del raggio incidente; viceversa se il primo mezzo ha un indice di rifrazione maggiore (ad esempio nel passaggio da vetro a aria). Nel passaggio da vetro ad aria si ha n1 = 1.6, n2 = 1 circa. Ma il seno di un angolo non può mai superare 1, quindi il rapporto (sin a)/(sin b) non può essere 0.625 se sin a è maggiore di 0.625, cioè se a > 39° circa. Oltre questo angolo la rifrazione non può avvenire e il raggio viene riflesso completamente. Questo fenomeno viene sfruttato nei diagonali a prisma.
Il fenomeno della riflessione

Gli elementi ottici a riflessione sono chiamati specchi, quelli a rifrazione sono chiamati lenti. Uno strumento ottico composto da lenti si chiama rifrattore, uno composto da specchi riflettore, uno composto da lenti e specchi catadiottrico.

Il fenomeno della rifrazione Indice di rifrazione di alcuni materiali
Mezzo materiale Indice di rifrazione n
Vuoto 1
Aria 1.00029
Acqua 1.333
Plexiglass 1.49
Vetro crown 1.51 - 1.61
Vetro flint 1.51 - 1.89
Il fenomeno della rifrazione Diamante 2.417

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