Sorgenti luminose e propagazione della luce
Propagazione della luce
Obiettivi
- Costruire un primo modello a raggi per descrivere la propagazione della luce e l’emissione da parte di sorgenti puntiformi.
- Identificare il fenomeno della riflessione.
Osservazione
Una laser viene puntato contro una parete.
- Come si può impedire di vedere la luce del laser? Cosa ne deduciamo?
- Qual è la differenza tra il laser e il punto luminoso della parete?
Non è possibile vedere la luce propagarsi dal puntatore laser alla parete, ma si può bloccare interponendo un oggetto non trasparente collocato lungo la retta che congiunge il puntatore con la parete.
È inoltre possibile impedire che la luce del laser raggiunga i nostri occhi interponendo un oggetto lungo la retta che congiunge il punto luminoso sulla parete con i nostri occhi.
Analisi
Visualizzazione dei raggi luminosi emessi dal laser e captati dagli occhi.
- La luce si propaga lungo linee rette.
- Quando la luce incontra il muro “rimbalza” (è riflessa) in tutte le direzioni, infatti tutti possono vedere il punto luminoso sulla parete.
- Il laser emette un singolo raggio di luce o raggi molto ravvicinati, mentre il punto luminoso sulla parete emette luce in tutte le direzioni.
Osservazione
Se si sparge della polvere di gesso (o si spruzza dell’acqua nebulizzata) tra il puntatore e la parete, è possibile visualizzare un raggio di luce.
Perché ora vediamo la luce propagarsi?
Analisi
La luce si riflette sulle particelle di polvere o di acqua e raggiunge quindi i nostri occhi.
Conclusioni
Possiamo osservare oggetti (anche molto piccoli, come i granelli polvere) illuminati dalla luce. Il percorso della luce è composto da un raggio rettilineo che congiunge la sorgente luminosa all’oggetto e un altro raggio di luce riflessa che congiunge l’oggetto con il nostro occhio.
Sorgenti luminose estese
Obiettivi
- Perfezionare il modello a raggi, applicandolo alle sorgenti luminose estese.
Intendiamo perfezionare il modello a raggi precedentemente definito alle sorgenti luminose estese, ovvero formate da più punti che emettono luce. Sono proposti due diversi modelli.
Modello a singolo raggio
Ogni punto sulla sorgente emette un singolo raggio luminoso.
Modello a raggi multipli
Ogni punto sulla sorgente emette infiniti raggi luminosi, in ogni direzione.
Esperimento
Una matita è posta tra la lampadina e il foglio, più vicina a quest’ultimo.
Previsione
Previsione del modello a singolo raggio.
Previsione del modello a raggi multipli.
Verifica
Osserviamo un’ombra scura e ben definita.
Conclusioni
Il primo esperimento è inconcludente. Non è possibile falsificare uno dei due modelli.
Esperimento
Una matita è posta tra la lampadina e il foglio, più vicina alla lampadina.
Previsione
Previsione del modello a singolo raggio.
Previsione del modello a raggi multipli.
Verifica
Osserviamo il foglio scarsamente illuminato in modo diffuso.
Esperimento
Si copre la lampadina con una scatola che presenta un piccolo foro su un lato e si osserva il modo in cui è illuminato un foglio posto a una certa distanza.
Previsione
Previsione del modello a singolo raggio.
Previsione del modello a raggi multipli.
Verifica
Osserviamo il foglio scarsamente illuminato in modo diffuso.
Conclusioni
Gli esperimenti falsificano il modello a singolo raggio, mentre il modello a raggi multipli prevede correttamente l’esito degli esperimenti.
Diversi tipi di ombra
A sinistra un’ombra prodotta da una sorgente luminosa estesa e vicina alla sfera oppure da una luce diffusa. A destra un’ombra prodotta da una sorgente luminosa distante (si noti la penombra).
Camere oscure
Obiettivi
- Realizzare semplici camere oscure (pinhole).
- Applicare il modello a raggi per prevedere fenomeni luminosi.
Sono realizzate semplici camere oscure di varie dimensioni. Il funzionamento delle camere è prima previsto teoricamente e poi verificato sperimentalmente.
Costruzione della camera oscura.
Che relazione sussiste tra la dimensione dell’oggetto osservato, la distanza della camera dall’oggetto osservato, la distanza tra il foro e lo schermo e la dimensione dell’immagine sullo schermo?
Esperimento
Una camera oscura di piccole dimensioni è impiega per osservare una finestra oppure una candela.
Previsione
Verifica
Osserviamo l’immagine ribaltata della finestra o della candela sul foglio di carta da lucido.
Esperimento
Una camera oscura di dimensioni maggiori (ricavata da un tubo più lungo) è impiegata per osservare la finestra o la candela dalla medesima distanza.
Previsione
Verifica
Come prima, osserviamo l’immagine dell’oggetto osservato sulla carta da lucido, ma l’immagine risulta essere ingrandita.
Esperimento
Costruzione della camera oscura.
Una delle camere oscure precedentemente utilizzate è nuovamente impiegata per osservare la finestra o la candela, ma è variata la distanza dall’oggetto osservato.
Previsione
Costruzione della camera oscura.
Verifica
Costruzione della camera oscura.
L’immagine risulta ingrandita quando osservata da vicino, rimpicciolita quando osservata da lontano.
Conclusioni
Il modello a raggi prevede correttamente il funzionamento della camera oscura.
Camere oscure nell’arte
L’idea della camera oscura può essere fatta risalire fino ad Aristotele (IV sec. a.C.). Leonardo Da Vinci descrisse una camera oscura nel Codice Atlantico (1515). I vedutisti — come Canaletto — fecero ampio uso di camere oscure, anche dotate di lenti, al fine di ottenere perfetti disegni prospettici.
Denis Diderot / Jean Baptiste Le Rond d’Alembert - Planches Tome III (1763) / Dessein / Planche V - Dessein - Chambre obscure.
Disegno realizzato da Canaletto con l’ausilio di una camera oscura. Immagine tratta da Wikimedia.
Canaletto, Campo santi Giovanni e Paolo a Venezia col monumento a Bartolomeo Colleoni, 1736-1740.