Studio Sperimentale della Riflessione e Rifrazione delle Onde Elettromagnetiche

Studio della riflessione e rifrazione delle onde elettromagnetiche

Obiettivi

• Misurare l'indice di rifrazione di un prisma per onde elettromagnetiche nel visibile (luce) e microonde.
• Misurare l'angolo di riflessione delle onde elettromagnetiche.
• Misurare l'angolo di rifrazione durante il passaggio di un raggio di luce da un mezzo a indice di rifrazione maggiore a uno minore.

Pianificazione

La rifrazione è il fenomeno per cui un'onda cambia la sua velocità di propagazione passando da un mezzo all'altro. La rifrazione comporta una variazione della direzione del fascio quando questo incide obliquamente sull'interfaccia che separa due mezzi con indici di rifrazione differenti.

Utilizzando la legge di Snell (n₁ sin θᵢ = n₂ sin θₜ), dove n₁ e n₂ sono gli indici di rifrazione dei due mezzi, e θᵢ e θₜ sono rispettivamente gli angoli di incidenza e di rifrazione, si osserva che quando n₁ > n₂, allora θₜ > θᵢ. Inoltre, quando θᵢ è maggiore dell'angolo critico, non si ha raggio rifratto, verificandosi il fenomeno della riflessione totale.

Procedura

Parte 1: Indice di rifrazione di un prisma

1. Posizionare un prisma su un disco graduato in modo che il raggio di luce incida normalmente sulla faccia piatta (angolo di 0 gradi).
2. Ruotare il disco per variare e misurare l'angolo di incidenza.
3. Determinare l'angolo di rifrazione utilizzando un righello sul bordo del disco graduato.
4. Ripetere le misurazioni per diversi angoli di incidenza.
5. Calcolare l'indice di rifrazione utilizzando la legge di Snell.

Misure ottenute:

• a) θᵢ = 10°, θₜ = 7° → n₂ = 1,42
• b) θᵢ = 30°, θₜ = 20° → n₂ = 1,46
• c) θᵢ = 50°, θₜ = 30° → n₂ = 1,53

Si osserva che all'aumentare dell'angolo di incidenza, l'angolo di rifrazione e l'indice di rifrazione calcolato tendono ad aumentare.

Parte 3: Analisi dei mezzi

• Parte 3a: Incidenza da un mezzo meno denso a uno più denso (n₁ < n₂).
• Parte 3b: Incidenza da un mezzo più denso a uno meno denso (n₁ > n₂).

Conclusioni

Durante l'esperienza, misurando gli angoli di rifrazione e riflessione, abbiamo determinato che l'angolo critico si colloca tra i 40° e i 50°, con una stima sperimentale di circa 45°.

Parte 4: Riflessione e rifrazione delle microonde

Per le microonde, con un angolo di incidenza θᵢ = 20° e un angolo di rifrazione θₜ = 28°, applicando la legge di Snell (con n₂ = 1), si ottiene un indice di rifrazione dello stirene pari a n₁ = 1,37.