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Luce

Ombre e propagazione rettilinea della luce, specchi, rifrazione e riflessione totale interna, lenti e occhio, colori e prismi, e il lungo cammino per misurare la velocità della luce. Nel laboratorio delle onde puoi tracciare i raggi attraverso vetro, acqua e lenti con la legge di Snell e l'equazione delle lenti sottili.

Progressi

Informazioni sul corso

Nel 1849 Hippolyte Fizeau misurò il tempo impiegato dalla luce su un percorso di andata e ritorno di circa 17 km, usando una ruota rotante con 720 denti. Il lungo tentativo di misurare la velocità della luce compare così nell'ultima delle sei unità sul suo comportamento. Le precedenti riguardano ciò che puoi vedere direttamente: ombre, specchi, vetro, acqua, lenti e arcobaleni.

Le unità iniziano dalle ombre. Durante un'eclissi solare totale, la parte centrale scura dell'ombra lunare copre spesso una fascia larga meno di 50 miglia, mentre la penombra si estende per mille miglia o più. Segue la riflessione: basta uno specchio piano alto metà di te per vedere tutto il corpo. Nell'unità sulla rifrazione, la luce dentro un diamante può uscire soltanto se incontra la superficie entro 24.4° dalla normale: ecco perché i diamanti brillano. L’unità Lenti e occhio mostra che l'occhio aumenta il proprio potere da circa 50 a 54 diottrie per mettere a fuoco un libro a 25 cm. Nell'unità sul colore, il vetro crown ha indice di rifrazione 1.530 per la luce violetta a 410 nm e 1.512 per quella rossa a 660 nm: il violetto devia quindi di più. Il laboratorio delle onde traccia i raggi con la legge di Snell e l'equazione delle lenti sottili. Riduci la lampada a un punto e la penombra scompare; trascina la freccia dell'oggetto oltre 2F e osserva l'immagine rimpicciolirsi.

La dispersione non è sempre desiderata. OpenStax fa notare che la luce bianca inviata lungo una fibra ottica si allargherebbe nel tempo: è uno dei motivi per cui le reti in fibra usano i laser.

Prima di iniziare

Rifrazione e colore si capiscono meglio se hai incontrato la lunghezza d'onda in Onde e suono, anche se le unità sui raggi, sulle ombre e sugli specchi si capiscono da sole. Alcune domande usano seni e la formula delle lenti, quindi Trigonometria è una base utile, insieme a una calcolatrice.

Alla fine

Alla fine saprai calcolare la larghezza di un'ombra con i triangoli simili, spiegare perché uno specchio a figura intera deve essere alto solo la metà di te e trovare l'angolo critico del diamante. Saprai individuare l'immagine formata da una lente, esprimere la potenza dell'occhio in diottrie, dire dove deve stare il Sole per un arcobaleno e seguire la misura della velocità della luce con la ruota dentata di Fizeau.

  1. 1La luce viaggia in linea retta: le ombreDurante un'eclissi solare totale, il centro scuro dell'ombra della Luna copre spesso una fascia larga meno di 50 miglia, mentre l'ombra parziale si estende per mille miglia o più.
  2. 2Riflessione e specchiPer vedere tutto il corpo in uno specchio piano basta uno specchio alto la metà di te, a qualunque distanza ti trovi.
  3. 3Rifrazione e riflessione totale internaLa luce all’interno di un diamante può uscire solo se incontra la superficie entro 24.4° dalla normale: ecco perché i diamanti brillano.
  4. 4Lenti e occhioL’occhio mette a fuoco un libro a 25 cm aumentando il proprio potere diottrico da circa 50 a 54 diottrie: una variazione dell’8%.
  5. 5Colori, prismi e arcobaleniIl vetro crown devia la luce violetta a 410 nm un po’ più di quella rossa a 660 nm, perché il suo indice di rifrazione è 1.530 per il violetto e 1.512 per il rosso.
  6. 6Misurare la velocità della luceNel 1849 Hippolyte Fizeau cronometrò la luce lungo un percorso di andata e ritorno di circa 17 km usando una ruota con 720 denti.

Corsi correlati

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Fonti di questo corso (16)
  • OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 25.2 The Law of Reflection (θr = θi, diffuse vs mirror reflection, image as far behind the mirror)
  • 25.3 The Law of Refraction (Roemer 1676 data -> 2.26 × 10⁸ m/s, about 25% low; Michelson rotating mirrors with a fixed mirror 35 km away, 0.04%; c = 2.99792458 × 10⁸ m/s; n = c/v; Table 25.1 air 1.000293, water 1.333, ice 1.309, crown glass 1.52, flint 1.66, polystyrene 1.49, zircon 1.923, diamond 2.419; Snell's law; 30.0° -> 22.0° gives 1.33; air to diamond 30.0° -> 11.9°; zircon 1.56 × 10⁸ m/s; Ibn Sahl 984; Snell 1580 to 1626; lawn-mower analogy)
  • 25.4 Total Internal Reflection (mirror more than 90%; θc = sin⁻¹(n2/n1); polystyrene 42.2°, water 48.6°, diamond 24.4°; fibre optics, cladding; corner reflectors on bicycles and on the Moon; binoculars)
  • 25.5 Dispersion (Kamal al-Din al-Farisi 1267 to 1319, camera obscura and a water-filled glass vessel; Theodoric of Freiberg; Ibn al-Haytham; about six rainbow colours; Table 25.2 n at 660/610/580/550/470/410 nm; violet bent most; rainbow seen looking away from the Sun; secondary rainbow from two reflections; lasers disperse little)
  • 25.6 Image Formation by Lenses (ray tracing rules, P = 1/f in diopters, 1/do + 1/di = 1/f, m = −di/do, 0.750 m object and f = 0.500 m -> 1.50 m and m = −2.00, magnifier do 7.50 cm -> di −30.0 cm and m = 4.00, Table 25.3 three cases)
  • 26.1 Physics of the Eye (cornea and lens act as one thin lens, most bending at the cornea, cornea n 1.38, lens-to-retina 2.00 cm, near point 25 cm, power 50.0 D to 54.0 D, hair 1.20 × 10⁻² cm at 60.0 cm)
  • 27.3 (Young 1801)
  • NASA science.nasa.gov/eclipses/geometry (umbra, penumbra; typical umbral path may be less than 50 miles wide, penumbra a thousand miles or more) and nasa.gov image article Diagram of Umbra and Penumbra (umbra shrinks, penumbra grows away from the Sun)
  • NASA Visible Light page (Newton 1665 prism experiment, 380 to 700 nm)
  • Royal Society, Fara 2015 commentary on Newton (1672) New Theory about Light and Colours (royalsocietypublishing.org/rsta/article/373/2039/20140213)
  • NIST Meter page (Evenson group 299 792 456.2 ± 1.1 m/s; 1983 definition fixes c = 299 792 458 m/s) and NIST J. Res. 1972 measurement (tf.nist.gov/general/pdf/527.pdf)
  • APS News July 2010, Fizeau (Galileo lanterns; Roemer 1676; Fizeau 1849, 313 300 km/s, about 5% high)
  • Wikipedia Fizeau's measurement (8633 m, 720 notches, 25.2 turns per second -> 313 274 304 m/s, 4.5% high) and Speed of light (Galileo proposal 1638; Foucault 1862 298 000 ± 500 km/s, −0.60%; Michelson 1926 299 796 ± 4 km/s)
  • Baez and DESY "How is the speed of light measured?" (same table)
  • NASA Moon Fact Sheet (mean distance 384 400 km)
  • IAU 2012 astronomical unit 149 597 870 700 m.

Consultato il: 2026-10-17