La Luce: Natura, Propagazione e Fenomeni di Riflessione

La Luce: Natura, Propagazione e Fenomeni Fondamentali

La luce si propaga come un'onda; si definisce luce quella parte delle onde elettromagnetiche a cui l'occhio umano è sensibile e la cui lunghezza d'onda è compresa tra 3800 e 7600 Å (1 Å = 10^-10 m). Si tratta di un'onda trasversale che può propagarsi nel vuoto e in alcuni mezzi materiali, che chiamiamo trasparenti. L'energia luminosa, quando si propaga, manifesta tutte le caratteristiche delle onde.

Caratteristiche della Propagazione Ondulatoria della Luce

• Nei mezzi uniformi (stessa composizione e proprietà fisiche in tutte le direzioni) si propaga in linea retta.
• Al limite di separazione tra due mezzi differenti, viene riflessa.
• Si rifrange quando passa da un mezzo all'altro, muovendosi con velocità diverse.
• Manifesta altri fenomeni tipici delle onde (interferenza, diffrazione e polarizzazione), che verranno studiati in corsi successivi.

Per rappresentare le onde luminose, si utilizzano per comodità i raggi di luce. Il raggio è tracciato nella direzione in cui si propaga l'energia luminosa. Nello studio dell'ottica geometrica è sufficiente utilizzare il fascio luminoso per individuare la direzione della luce e l'indice di rifrazione, n, per caratterizzare il mezzo. Questo è definito come il rapporto tra la velocità della luce nel vuoto, c, e la sua velocità nel mezzo considerato, v. La velocità della luce assume il suo valore massimo (c = 300.000 km/s) quando si propaga nel vuoto. Di conseguenza, l'indice di rifrazione è pari a 1 nel vuoto ed è maggiore di 1 in qualsiasi altro mezzo.

Riflessione della Luce

Il fenomeno della riflessione si verifica quando la luce incide su una superficie che ne provoca una deviazione nello stesso mezzo attraverso cui viaggia. Così, la luce riflessa si propaga nello stesso mezzo e, quasi sempre, con una direzione diversa da quella del raggio incidente. Quando guardiamo in uno specchio, l'immagine che vediamo è molto simile alla nostra. Ciò che nel nostro corpo è a destra, nell'immagine è a sinistra, e viceversa. È la nostra immagine speculare.

Definizioni e Leggi della Riflessione

Si definisce normale, N, la retta perpendicolare al piano dello specchio nel punto di incidenza. L'angolo di incidenza, a, è determinato dal raggio incidente e dalla normale, e l'angolo di riflessione, a', è tra la normale e il raggio riflesso. Misurando gli angoli a e a' si osserva che sono uguali. Si dimostra inoltre che il raggio incidente, il raggio riflesso e la normale sono complanari.

Le Leggi della Riflessione

Prima Legge: L'angolo di incidenza è uguale all'angolo di riflessione (a = a').
Seconda Legge: Il raggio incidente, il raggio riflesso e la normale alla superficie nel punto di incidenza giacciono sullo stesso piano.

Riflessione Speculare e Diffusa

Le leggi della riflessione si applicano quando la superficie riflettente è perfettamente levigata, in modo da poter tracciare un'unica normale ben definita e, di conseguenza, misurare l'angolo di incidenza. Quando le superfici sono ruvide, è impossibile tracciare un'unica normale. Pertanto, la luce che incide su superfici non levigate si riflette in tutte le direzioni, dando luogo al fenomeno della diffusione. Grazie alla riflessione diffusa, possiamo vedere i corpi che non emettono luce propria e percepirne colore e texture.