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Scienza e Fisica Quantistica

Scienza e Fisica Quantistica

Cosa sono i fotoni? Quali le caratteristiche particolari di queste interessanti particelle? Come si studiano?
Antonella Ravizza - 15/06/2019

La Quando aveva 16 anni, luce da sempre ha attratto la curiosità dell'uomo: di che cosa è fatta? Perché è così brillante? Il segreto sta nel fotone, una Albert Einstein sognò davanti ad uno specchio di cavalcare un raggio di luce. Il giovane sognatore intuì che non sarebbe riuscito a vedersi riflesso nello specchio, perché, stando sopra alla luce, si sarebbe mosso esattamente alla sua velocità; per potersi specchiare avrebbe dovuto superare la velocità della luce stessa. Qualche tempo dopo lo stesso Einstein, studente al Politecnico di Zurigo, si rese conto che la velocità della luce è una costante. piccolissima particella di luce! Cerchiamo di scoprire insieme le principali caratteristiche di questa interessante particella elementare.

Cosa sono i fotoni?

Il termine fotone deriva dal greco e fu introdotto per la prima volta da Gilbert Lewis nel 1926. Il fotone si indica con la lettera greca γ ed è associato ad ogni radiazione elettromagnetica. Pur essendo un fenomeno ondulatorio, la radiazione elettromagnetica ha anche una natura quantizzata che le consente di essere descritta come un flusso di fotoni.

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Il fotone è una particella che ha vita infinita: può essere creato e distrutto dall'interazione con altre particelle, ma non può decadere spontaneamente. Pur non avendo massa, è influenzato dalla gravità e possiede energia; nel vuoto si muove alla velocità della luce (c=300000 km/s circa), mentre nella materia si comporta in modo diverso e la sua velocità può scendere al di sotto di c. In effetti, quando interagisce con altre particelle acquisisce massa e non si muove più alla velocità della luce. Bohr ipotizzò che un atomo può emettere un' onda elettromagnetica (o radiazione) solo quando un elettrone si trasferisce da un'orbita con energia maggiore (Ei) a un' orbita con energia minore (Ef).

L'energia dell'onda elettromagnetica emessa è: E= Ei-Ef . Dal momento che sia Ei sia Ef possono assumere solo valori ben definiti, l'energia della radiazione elettromagnetica emessa dall'atomo non può avere qualsiasi valore, ma solo quantità discrete, dette quanti di energia: i fotoni. Quindi la materia è in grado di emettere o assorbire energia raggiante solo sotto forma di pacchetti energetici. Einstein calcolò l'energia associata ad ogni fotone e vide che era proporzionale alla frequenza dell'onda elettromagnetica.

Onda o particella? La doppia natura del fotone

Prima delle scoperte della prima metà del XX secolo, onde e particelle sembravano concetti opposti: un'onda riempie una regione di spazio, mentre un elettrone o uno ione hanno una locazione ben definita. Su scala atomica, in effetti, la distinzione diventa confusa: le onde hanno alcune proprietà delle particelle e viceversa.

Approfondisci il tema

Effettivamente il fotone mostra una duplice natura, sia corpuscolare, sia ondulatoria: a seconda della strumentazione usata per rilevarlo, si comporta come una particella, o si comporta come un'onda. L'esperimento dell' effetto fotoelettrico (quel fenomeno per cui si ha emissione di elettroni da parte di un corpo colpito da onde elettromagnetiche) suggerisce la natura corpuscolare della luce, mentre i fenomeni di diffrazione e di interferenza suggeriscono una natura ondulatoria.

Per valutare come la luce passi attraverso un telescopio, si calcola il suo moto come se la luce fosse un'onda. Però, quando la stessa onda cede la sua energia a un singolo atomo, risulta che essa si comporta come una particella. Indipendentemente dal fatto che un raggio di luce sia più brillante o debole, la sua energia viene trasmessa in quantità delle dimensioni di un atomo (il fotone) la cui energia dipende soltanto dalla lunghezza d'onda. Le osservazioni hanno mostrato che tale " dualità" onda-particella esiste anche in direzione opposta.

Un elettrone dovrebbe avere, in ogni istante, posizione e velocità ben definite; ma la fisica quantistica ci dice che una precisione in osservazioni di questo tipo non può essere ottenuta, e ci suggerisce che il moto può essere descritto come un'onda. Il dualismo onda-particella era considerato paradosso fino all'introduzione completa della meccanica quantistica, che descrisse in maniera unificata i due aspetti. La radiazione si comporta come un'onda quando si propaga nello spazio, mentre si comporta come particella quando interagisce con la materia.

Si introducono quindi nuove quantità e notazioni: un' onda elettromagnetica di lunghezza d'onda λ percorre una distanza di c metri ogni secondo. La sua frequenza ν, cioè il numero di oscillazioni in su e giù ogni secondo, si può ottenere dividendo c per la lunghezza d'onda: ν = c/ λ . Una legge fondamentale della fisica quantistica dice che l'energia E in joule di un fotone di frequenza ν è: E = hν, dove h = 6,624 10-34joule-sec è la "costante di Planck".

Luce solida e computer quantistici

Oggi si sa molto di più: i ricercatori dell'Università di Princeton sono riusciti a rallentare i fotoni e a creare una stranissima e nuova forma di luce: la luce solida! Hanno cioè creato un cristallo fatto non di atomi ma di fotoni, cioè di particelle che costituiscono la luce ( fotoni congelati).

Hanno ottenuto un agglomerato di 100 miliardi di atomi di materiale superconduttore come fosse un atomo artificiale; nelle sue vicinanze hanno fatto passare un filo superconduttore contenente fotoni. La luce ha potuto, così, "solidificarsi", cambiando natura con un processo che è stato paragonato a una transizione di fase, cioè simile a quando un gas si condensa per diventare liquido o solido.

Lo scopo finale dei ricercatori è la realizzazione di un computer quantistico capace di effettuare calcoli molto più complessi di quelli che risolvono i computer tradizionali. Chissà, magari tra qualche anno, un altro giovane sognatore potrà effettivamente cavalcare un cristallo di luce solida e rendere realtà il sogno del piccolo "grande" Einstein!

Antonella Ravizza

Antonella Ravizza si è laureata in fisica nucleare all'Università degli Studi di Pavia, con la quale ha mantenuto rapporti di collaborazione.... Leggi la biografia

Antonella Ravizza si è laureata in fisica nucleare all'Università degli Studi di Pavia, con la quale ha mantenuto rapporti di collaborazione. È docente di Fisica presso l'Istituto "A. Cesaris" di Casalpusterlengo (LO).Nominata tutor del Presidio Scientifico della provincia di Lodi per l'insegnamento delle scienze sperimentali, si... Leggi la biografia

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I corpi luminosi o sorgenti di luce emettono luce propria, che si propaga in tutte le direzioni;
I corpi non luminosi non emettono luce propria ma sono soltanto in grado di riflettere la luce che ricevono.

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La riflessione e lo specchio piano

In fisica, la riflessione è un fenomeno che interviene quando un raggio di luce incontra la superficie di separazione tra due mezzi diversi, ad esempio la superficie dell'acqua.

In particolare il raggio incidente viene riflesso cambiando la propria direzione secondo le due leggi della riflessione:

1) il raggio incidente e quello riflesso giacciono nello spesso piano in cui giace la normale alla superficie riflettente nel punto di incidenza;

2) l'angolo di incidenza, cioè quello tra la normale alla superficie nel punto di incidenza ed il raggio incidente, è uguale al raggio riflesso, cioè quello tra la normale alla superficie nel punto di incidenza ed il raggio riflesso.

Tutto ciò è corretto nel caso in cui la superficie riflettente è assai vasta rispetto alla lunghezza d'onda λ del raggio incidente.

La riflessione diffusa

Le migliori superfici riflettenti sono costituite dagli specchi piani o curvi la cui superficie è levigata a tal punto che i vari fronti d'onda paralleli incidenti, verranno riflessi ancora paralleli secondo una riflessione speculare.

Se invece la superficie è scabra, ovvero non liscia e presentante irregolarità, quando è investita da un fronte d'onda luminoso quest'ultimo viene riflesso in tutte le direzioni per cui si parla di riflessione diffusa.

Grazie a questo fenomeno riusciamo a vedere gli oggetti illuminati anche senza porci nella stessa direzione di illuminazione.

In altre parole: se l'onda riflessa regolarmente convoglia la tutta l'energia incidente, si parla di riflessione speculare; quando invece l'energia stessa si ripartisce prevalentemente in molte direzioni attorno a quella della riflessione regolare, si parla di riflessione diffusa.

Specchi piani

Lo specchio piano è una superficie non curva dotata di un alto potere riflettente. Quando uno specchio piano è investito da un raggio luminoso, quest'ultimo viene riflesso divergendo dallo specchio.

Ricostruendo il percorso di tutti i raggi provenienti dall'oggetto, illuminato e quindi costituente una sorgente, posto in un certo punto P dello spazio, si nota che prolungando tutti i raggi riflessi dallo specchio, questi è come se partissero da un punto che si trova in una posizione simmetricamente opposta allo specchio rispetto al punto P.

Tale punto si dice immagine virtuale dell'oggetto posto in P. L'immagine virtuale proveniente dallo specchio in generale non è perfettamente uguale a quella originale ossia differisce già per il fatto che appare rovesciata, ovvero la destra diventa sinistra ecc.

Fattore di riflessione

La percentuale riflessa della potenza Pi incidente, cioè il rapporto fra la potenza riflessa Pr e quella incidente, si chiama fattore di riflessione, ϱ, della superficie considerata; in generale ϱ è funzione dell'indice di rifrazione n12 del secondo mezzo rispetto al primo, dell'angolo d'incidenza i, di λ e, in certi casi, anche dello stato di polarizzazione dell'onda incidente rispetto al piano d'incidenza.

Quando si ha la riflessione diffusa, si considera un'onda incidente con un angolo d'incidenza ben definito e si misura ϱ nelle varie direzioni; si costruisce quindi un solido con tanti vettori, aventi un'origine in comune e una lunghezza proporzionale al valore di ϱ in ciascuna direzione.

Per il diffusore perfetto questo solido è una semisfera; per il riflettore perfetto si riduce a un solo vettore nella direzione richiesta dalle leggi della riflessione.

Diffusore perfetto.

Riflessione delle onde acustiche

Le onde acustiche sono quelle onde elastiche atte a stimolare l'orecchio umano. Esse hanno λ compresa fra qualche centimetro (provocano allora la sensazione di un fischio acutissimo) e circa 20 m (suscitano la sensazione di un rombo molto basso).

Gli ostacoli che si presentano generalmente a queste onde sono piuttosto piccoli rispetto a λ prevalendo dunque l'effetto della diffrazione agli orli e la direzionalità delle onde riflesse essendo appena percettibile; per la stessa ragione sono pure in genere trascurabili le scabrosità delle superfici.

Per le onde acustiche, ϱ è generalmente basso perché una buona percentuale della potenza dell'onda incidente passa oltre la superficie riflettente e viene assorbita dal materiale, o trasmessa in altri ambienti.

Esercizio #1

Uno specchio piano è posto a 5 m da una sorgente che emette un raggio luminoso incidente lo specchio con un angolo di 60°.

Il raggio viene riflesso fino ad incontrare una superficie piana posta parallelamente allo specchio.

Se tutto il cammino percorso dal raggio vale 40 m, determinare a che distanza è posto lo schermo dallo specchio.

Lo svolgimento dell'esercizio lo trovi qui: esercizio su specchio piano.

Esercizio #2

La luce emessa da una lampadina di emergenza viene riflessa da uno specchio piano come da immagine sotto.

Considerando le distanze riportate in figura, determinare la lunghezza del cammino che il fascio di luce esegue fino ad arrivare alla parete opposta allo specchio.

Lo svolgimento dell'esercizio lo trovi qui: distanza percorsa da un fascio di luce.

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Nessuno vede al buoi.
Le api e altri insetti riescono a vedere la luce ultravioletta.
alcuni vedono i raggi infrarossi e perciò distinguono le loro prede anche di notte, rilevando il loro calore.
Esistono inoltre telecamere speciali sensibili ai raggi infrarossi, con le quali si possono individuare persone e animali anche nel buoi più completo

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Spiegazione del fenomeno per cui gli oggetti appaiono colorati

Vuoi sapere perché gli oggetti appaiono colorati?

Vuoi sapere perché gli oggetti che riusciamo a vedere ci appaiono di differente colore?

Ad esempio, perché una mela ci appare rossa mentre un limone giallo?

Se si, continua pure nella lettura dell'articolo perché ti spiegheremo, con termini molto semplici, il perché gli oggetti appaiono colorati.

La luce bianca, proveniente dal Sole, è una luce composta da sette colori:

Due colori si dicono invece complementari quando sommati danno come risultato una luce bianca e quindi acromatica, priva di colore.

Nella immagine seguente sono riportati i colori complementari, che si trovano da parti opposte rispetto al cerchio.

Ad esempio:

il colore complementare al giallo è il viola;

il colore complementare al verde è il rosso.

Colori complementari: il colore complementare al giallo è il viola mentre il colore complementare al verde è il rosso.

Quindi giallo e viola, o verde e rosso, se sommati danno come risultato una luce bianca.

Supponiamo ora che un corpo investito da luce bianca assorba un determinato colore, ad esempio il giallo. Il corpo apparirà conseguentemente di colore viola, che è il colore complementare al giallo.

Esempi: perché gli oggetti appaiono colorati?

Sul colore degli oggetti facciamo degli altri esempi: il limone assorbe il violetto, per cui il colore corrispondente, che è il giallo, viene riflesso, giunge ai nostri occhi e viene interpretato come colore dell'oggetto appunto.

Stessa cosa per alcuni tipi di mele che assorbono il verde e dunque appaiono rosse (il rosso è il colore complementare del verde).

Se un corpo colpito da luce proveniente dal Sole ci appare bianco è perché esso riflette e diffonde tutti i colori della luce solare.

Un corpo appare invece nero se assorbe tutti i colori, caratterizzando il nero non tanto come un colore bensì come assenza di colore.

Cosa succede se illuminiamo un limone con luce blu?

Il limone può diffondere soltanto il colore che lo ha colpito dunque apparirà di colore blu. Tornerà ad apparire giallo non appena lo illumineremo di luce bianca.

Questo ci dimostra come il colore non è una proprietà intrinseca dei corpi bensì dipende dal tipo di luce che utilizziamo per poterli vedere.

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La luce è un particolare tipo di onda elettromagnetica che può essere percepita dai nostri occhi.

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Ottica in fisica, la luce e la sua propagazione: sorgenti di luce, velocità della luce, rifrazione, propagazione, grandezze ottiche
Devi conoscere
Cosa imparerai

Leggi e formule che regolano la propagazione della luce

Scienziati e teorie che hanno studiato le dinamiche della propagazione, riflessione, dispersione e diffrazione della luce

Infobox

Cosa

Ottica in Fisica

Quando

dal 1600

Dove

Europa

Precedenti

Christiaan Huygens , Isaac Newton

Frase celebre

"La bellezza non è che il disvelamento di una tenebra caduta e della luce che ne è venuta fuori". Alda Merini

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In fisica lo spettro elettromagnetico indica l'insieme di tutte le possibili frequenze delle radiazioni elettromagnetiche. Pur essendo lo spettro continuo, è possibile una suddivisione puramente convenzionale ed indicativa in vari intervalli o bande di frequenza, dettata a partire dallo spettro ottico. L'intero spettro è suddiviso nella parte di spettro visibile che dà vita alla luce e le parti di spettro non visibile a lunghezza d'onda maggiori e minori dello spettro visibile. Le onde di maggiore lunghezza d'onda dal visibile alle onde radio hanno poca energia e risultano scarsamente dannose, le radiazioni comprese tra l'ultravioletto ed i raggi gamma invece hanno più energia, sono ionizzanti e quindi possono danneggiare gli esseri viventi. Dalla parte dello spettro, dove la luce ha lunghezza d'onda maggiore, cioè oltre il rosso, si trova la zona denominata infrarossa. Quest'ultima va da 0,7 µm a 0,4 mm. Quindi, viene la zona delle microonde, con lunghezze d'onda da 0,4 mm a 100 cm. Oltre a questa, vi sono tre campi di onde radio: onde corte da 1 m a 100 m; onde medie da 200 m a 600 m; onde lunghe superiori a 600 m. Le onde radio possono essere generate da scariche che producono onde elettromagnetiche.

Le radiazioni visibili, ovvero la luce , occupano la piccolissima zona dello spettro elettromagnetico compresa tra la radiazione ultravioletta e la radiazione infrarossa. Le sue lunghezze d'onda variano tra 400 e 750 nm. Il nostro occhio percepisce le diverse lunghezze d'onda come differenti colori:

il rosso (con lunghezza d'onda tra 750 e 640 nm);

l'arancio (tra 640 e 580 nm);

il giallo (tra 580 e 570 nm);

il verde (tra 570 e 490 nm);

il blu (tra 490 e 450 nm);

l'indaco (tra 450 e 420 nm);

il violetto (tra 420 e 400 nm).

Al di fuori di queste lunghezze d'onda l'occhio umano è "cieco": al di sotto del rosso (lunghezza d'onda maggiore) vi sono gli infrarossi, mentre sopra il violetto (lunghezza d'onda minore) vi sono gli ultravioletti.

Le radiazioni ultraviolette, o raggi ultravioletti (UV), fanno parte di quella regione dello spettro elettromagnetico che si estende dai raggi X alla radiazione visibile e che comprende lunghezze d'onda che vanno da circa 4 a 400 nm, quindi frequenze comprese tra circa 10 ⁷ GHz e 7,5.10 ⁵ GHz. Per rivelare i raggi UV si usano speciali lastre fotografiche. Le radiazioni ultraviolette sono emesse da corpi molto caldi, come le stelle, o prodotte artificialmente attraverso apposite lampade a incandescenza o tubi a scarica a bassa pressione. Sono radiazioni dal forte potere ionizzante e favoriscono le reazioni fotochimiche. Il sole emette radiazioni ultraviolette con lunghezze d'onda comprese tra 0,25 e 0,36 m; la banda compresa tra 0,25 e 0,31 m comprende le radiazioni più energetiche, e le più dannose per gli organismi viventi. Gran parte di queste radiazioni provenienti dal sole viene però assorbita dallo strato di ozono (una forma allotropica dell'ossigeno) presente nella nostra atmosfera a una quota compresa tra 25 e 40 km circa. Gli UV meno energetici, invece, le cui lunghezze d'onda sono comprese tra 0,31 e 0,36 m, sono responsabili dell'abbronzatura della pelle perché attivano la melanina.

Le radiazioni infrarosse (IR) coprono lunghezze d'onda comprese tra 0,75 m e 1 mm. Le radiazioni IR sono invisibili all'occhio umano, ma possono impressionare pellicole fotografiche opportunamente trattate. Vengono emesse da qualunque corpo caldo, anche dal corpo umano, e la loro emissione aumenta all'aumentare della temperatura. Quando un corpo assorbe radiazioni infrarosse si scalda, quindi a esse è associato il trasporto di calore. Per esempio, la maggior parte dell'energia emessa da una lampadina è rappresentata da radiazioni IR. Le radiazioni IR emesse dal Sole scaldano la Terra e costituiscono la principale fonte di energia dei processi biologici. Le radiazioni IR hanno numerosissime applicazioni. Poiché impressionano apposite pellicole fotografiche, vengono usate per realizzare particolari fotografie che forniscono una mappa dello stato termico del corpo fotografato. Molte immagini da satellite, per esempio, sono all'infrarosso e forniscono mappe che vengono usate nei più svariati campi: in campo militare per localizzare aerei, navi o depositi di armi, in campo agricolo per censire le colture e in campo meteorologico per determinare la temperatura delle masse d'aria. In ambito medico diagnostico le applicazioni della radiazione IR riguardano la misurazione a distanza della temperatura della pelle e della zona sottostante, per rivelare processi infiammatori, infettivi o tumorali.

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Meteo Italia, Previsioni del tempo, Notizie e Terremoti

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I miraggi/ Il miraggio è un fenomeno ottico causato dalle leggi di rifrazione e riflessione atmosferica. Sono delle illusioni ottiche fisiche prodotte dalla variazione vettoriale verticale del gradiente di temperatura tra i diversi strati d'aria e la superficie terrestre. I luoghi dove più comunemente si possono vedere dei miraggi sono o nel mezzo di una distesa d'acqua come il mare, o in un deserto. In questi luoghi la linea dell'orizzonte si confonde con la superficie marina o terrestre e sopratutto si ha una distanza tale da rendere apprezzabile la curvatura dei raggi luminosi.

I miraggi possono essere suddivisi in due tipi: superiori e inferiori. Quelli inferiori si manifestano quando la temperatura al suolo è molto elevata. In queste condizioni la temperatura dell'aria diminuisce repentinamente provocando un inversione termica con un conseguente aumento della densità e dell'indice di rifrazione tra gli strati d'aria con l'altezza. La velocità di propagazione dei raggi del sole diminuisce penetrando tra i diversi strati d'aria ( a causa della variazione del gradiente termico fra gli strati) variando così la direzione dei raggi, secondo il fenomeno della rifrazione. Quindi, ogniqualvolta un raggio incontra la superficie di separazione tra due strati, subisce una deviazione e l'effetto complessivo di queste deviazioni produce una traiettoria curva. In questo modo, i raggi luminosi possono arrivare ad un osservatore da una direzione diversa (in casi estremi anche opposta) in cui si trova la sorgente. Questo fenomeno quindi, può creare un illusione ottica all'osservatore che ha l'impressione di vedere una copia della sorgente in una posizione completamente differente, in questo caso al di sotto della sorgente. I miraggi superiori si formano in maniera simile ma si verificano quando la temperatura dell'aria cresce anziché decrescere allontanandosi dalla superficie. In questo modo si verifica un gradiente termico inverso a quello dei miraggi inferiori, quindi in queste condizioni la densità e l'indice di rifrazione tra gli strati d'aria diminuiscono con l'altezza e così un raggio può essere rifratto in modo che la sorgente risulti sospesa rispetto all'osservatore.

Il fenomeno di miraggio più conosciuto, ossia la famosa oasi nel deserto, è appunto il prodotto del miraggio inferiore; ovvero a causa di un tenue ed uniforme strato d'inversione termica che si estende lungo tutto l'orizzonte, il cielo riflesso sul terreno sabbioso ci da l'impressione di poter scorgere un lago. Allo stesso modo si possono presentare fenomeni simili osservando la superficie ardente dell'asfalto e si ha l'impressione di vedere delle pozzanghere che non sono altro che oggetti riflessi in lontananza. Ai poli geografici è possibile riscontrare dei fenomeni di miraggio superiore, quando uno spessore d'aria calda galleggia tra due strati più freddi si possono osservare iceberg o navi sospesi a mezz'aria o addirittura capovolti. Tale fenomeno è noto anche con il nome di "fata morgana".

Altri tipi di fenomeni ottici -> guarda quì

Articolo a cura di Francesco Lanzillo

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I miraggi: analisi e genesi del fenomeno

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Animali

Rosa e fosforescente o in bianco e nero, ad alta definizione o appannato: ogni animale vede a modo suo, grazie a occhi su misura.

Tutti gli animali hanno occhi (o strutture analoghe) per vedere il mondo a modo loro. Anche gli invertebrati più semplici, gli insetti più piccoli, persino le meduse, per il 99% composte da acqua, hanno cellule sensibili alla luce che servono appunto da occhi. Come vedono? Anche se molti animali hanno occhi simili ai nostri, oggi sappiamo che il nostro modo di vedere è unico in natura, condiviso solamente dalle scimmie antropomorfe e poche altre specie.

Ogni specie si è infatti evoluta sviluppando le caratteristiche visive più adatte al proprio habitat e stile di vita. Non si può dire che vedano meglio o peggio: vedono nel modo migliore per loro. Le talpe vedono bene da vicino e nel buio più completo delle loro tane; i cani non riconoscono i colori ma vedono bene nella penombra e al crepuscolo. Le mosche e gli insetti in genere non distinguono chiaramente le forme, ma vedono un numero maggiore di immagini fisse al secondo, 200 circa contro le 18 dell'uomo: per questo motivo, un movimento che a noi appare rapido per una mosca è invece composto da singole immagini fisse.

Il sistema visivo degli insetti è dunque ideale per sopravvivere alle insidie dei predatori (uomini con scacciamosche compresi), o per catturare al volo le prede.

L'occhio è una telecamera: la cornea e il cristallino (negli occhi dei vertebrati) sono lenti che, come un obiettivo, catturano le immagini e le mettono a fuoco. Le immagini sono poi proiettate sulla retina, assimilabile agli elementi sensibili di una videocamera. Nella retina dell'uomo ci sono due tipi di cellule sensibili alla luce, detti fotorecettori: i coni e i bastoncelli. I primi (che nell'uomo sono circa 6 milioni) si trovano prevalentemente al centro della retina e sono adatti alla visione diurna: si adattano alla luce e permettono di percepire i colori e distinguere i dettagli.

I bastoncelli (che nell'uomo sono circa 100 milioni) sono prevalentemente alla periferia della retina e servono per la visione notturna: sono molto più sensibili dei coni alla luce ma si "saturano" rapidamente quando aumenta e non permettono di percepire i colori né distinguere bene i dettagli.

Più la parte centrale della retina è sensibile, migliore è l'immagine inviata al cervello. Gli uomini, nei cui occhi coni e bastoncelli sono ben integrati, vedono meglio alla luce del giorno. Lupi e cani hanno invece una retina ricchissima di bastoncelli e perciò più adatta all'oscurità del crepuscolo e della notte, momenti in cui infatti cacciano.

Alta risoluzione. I rapaci hanno un punto centrale dell'occhio che funziona come un teleobiettivo e ingrandisce particolari di ciò che vede. La funzione d'ingrandimento è assicurata da una particolare area della retina, chiamata fovea, dove le cellule della visione sono molto concentrate. Se nell'uomo vi sono circa 200 mila coni per millimetro quadrato, nella fovea dell'aquila ve ne sono 1 milione e questo fa sì che l'immagine percepita dall'occhio del rapace abbia una parte centrale ingrandita di 2,5 volte e ad altissima definizione.

Diversi animali, inoltre, hanno occhi sensibili alla luce ultravioletta: è il caso di alcune farfalle - che grazie a questa caratteristica riconoscono i maschi dalle femmine - e delle api, che così vengono attratte dai fiori in cui alcune strutture si vedono solo agli ultravioletti. Altri animali sono invece sensibili agli infrarossi, per esempio i serpenti, che vedono le prede a sangue caldo grazie a recettori termici posti sotto gli occhi e che il cervello associa alla visione oculare.

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Come vedono gli animali: la struttura degli occhi - Focus.it

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Animali Rosa e fosforescente o in bianco e nero, ad alta definizione o appannato: ogni animale vede a modo suo, grazie a occhi su misura. Tutti gli animali hanno occhi (o strutture analoghe) per vedere il mondo a modo loro.

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La serie Fisica e senso comune, a cura del Dipartimento Scuola Educazione, muove da un approccio empirico al fenomeno in esame per arrivare, con metodo scientifico, alla formulazione della legge che lo governa.
In quest'unità audiovisiva, si descrivono i fenomeni della riflessione e rifrazione. Dalle considerazioni sul comportamento dei corpi in relazione alla luce si definisce il loro grado di trasparenza. Partendo da un'esperienza quotidiana, scopriamo come il senso comune ci inganni, nel considerare il comportamento della luce.
Un esperimento di laboratorio mostra come un raggio luminoso viene deviato, attraversando un prisma a base rettangolare: calcolando di quanto è deviato nel suo percorso e misurando gli angoli di incidenza, si ricava la legge fisica che governa il fenomeno, detto rifrazione e si definisce, inoltre, l'indice di rifrazione, caratteristico di ogni materiale.
Infine, con l'aiuto di disegni si dimostra che riflessione e rifrazione sono regolate da un criterio di immediata comprensione: quello del tempo minimo di percorrenza dello spazio.

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LA LUCE E I SUOI PERCORSI: RIFLESSIONE E RIFRAZIONE

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La serie Fisica e senso comune, a cura del Dipartimento Scuola Educazione, muove da un approccio empirico al fenomeno in esame per arrivare, con metodo scientifico, alla formulazione della legge che lo governa. In quest'unità audiovisiva, si descrivono i fenomeni della riflessione e rifrazione.

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Skuola.net - Portale per Studenti: Materiali, Appunti e Notizie

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Lenti - convergenti e divergenti

Una lente è formata da un corpo trasparente delimitato da due superfici. Si hanno:

- lenti convergenti, se esse sono più spesse al centro.
- lenti divergenti, se esse sono più sottili al centro.

L' immagine che ha origine da una lente convergente si dirà reale o virtuale a seconda della distanza tra l'oggetto e la lente; l'immagine che ha origine da una lente divergente si dirà virtuale in ogni caso.
Una lente è costituita da:

- Un centro otticoO, punto attraverso il quale i punti passano senza cambiare direzione, ovvero senza essere deviati.
-Asse ottico, una retta passante per il centro ottico O e perpendicolare alla lente.
- dueFuochi (F e F').

Inoltre esiste un'ulteriore differenza tra le lenti. Vi sono:

Se le lenti concave vengono attraversate da:

- un fascio di raggi luminosi che hanno origine da un fuoco F posto dinanzi alla lente, i raggi emergeranno in direzione parallela rispetto all'asse ottico.
- un fascio di raggi paralleli rispetto all'asse ottico, i raggi convergeranno tutti in un punto (fuoco) F'.

Se le lenti convesse vengono attraversate da:

- un fascio di raggi che convergono verso il centro ottico O, allora emergono dalla lente in direzione parallela rispetto all'asse ottico.
- un fascio di raggi paralleli rispetto all'asse ottico, emergeranno come raggi i cui prolungamenti convergono nel centro ottico.

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Recensione di Thejacko1995 - 05-08-2018

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Una lente è formata da un corpo trasparente delimitato da due superfici. Si hanno: - lenti convergenti, se esse sono più spesse al centro. - lenti divergenti, se esse sono più sottili al centro.

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Tesina di maturità sulla luce laser: definizione, cenni storici e come funziona (10 pagine formato doc)

LUCE LASER: DEFINIZIONE E FUNZIONAMENTO

Indice:
1.

Caratteristiche del laser
3. Cenni storici
4. Funzionamento del laser
5. Tipi di laser
6. Potenze
7. Applicazioni odierne
8. Il laser e le stelle
9. L'arte del laser
10. Conclusioni
11. Bibliografia e sitografia

LASER: DEFINIZIONE

Cos' e' il laser?
La parola laser (light amplification by stimulated emission of radiation) indica un dispositivo capace di emettere fasci intensi di luce estremamente concentrata nei campi del infrarosso, visibile e ultravioletto dello spettro elettromagnetico.
Caratteristiche del laser:
Le principali caratteristiche del laser sono:
La coerenza: tutti i fotoni che compongono il fascio sono in fase.
La monocromaticita': la radiazione elettromagnetica ha la stessa lunghezza d' onda. Ne consegue che il fascio presenta un unico colore.
Direzionalita': permette attraverso delle apposite lenti di collimare il fascio entro un raggio estremamente piccolo e di focalizzare la radiazione in un'unica direzione.
Brillanza: la quantita' di fotoni emessi rispetto alle tradizionali sorgenti luminose e' decisamente incomparabile.

LASER FISICA

Cenni storici:
Il laser a livello teorico e' stato inventato nel 1958 dai fisici statunitensi Townes e Schawlow, i quali pensarono di amplificare la luce attraverso un amplificatore ottico racchiuso entro una coppia di specchi riflettenti paralleli che formavano la cavita' risonante.
Il procedimento era basato sull' emissione stimolata, il fenomeno quantistico che sta alla base del funzionamento del laser.
Townes e schawlow ricevettero il premio nobel nel 1964 per i loro studi sul laser.
Il primo laser fu' costruito dal fisico Theodore Maiman nel 1960 sfruttando un cilindro di rubino posto tra due specchi come amplificatore ottico.
Nello stesso anno javan realizzo' il primo laser a gas (he-ne) in emissione continua.
Nel 1962 nacquero i laser a semiconduttori seguiti da altri di varia natura (solidi, gassosi, liquidi, organici) al fine di coprire l' intero arco dello spettro elettromagnetico; dall' ultravioletto fino al profondo infrarosso.

LASER FUNZIONAMENTO

Funzionamento del laser:
Il funzionamento del laser, ovvero quello di amplificare la luce, avviene grazie al processo di emissione stimolata.
Negli anni sono stati sviluppati moltissimi modi per creare una luce laser, ma per intuirne il meccanismo basta prendere in considerazione il primo laser costruito : quello a rubino.
Una potente lampada a scarica elicoidale circonda il cilindro di rubino ed emette intensi lampi di luce.
Il rubino e' composto al suo interno da uniformi atomi di cromo, i quali assorbono la luce della lampada eccitandosi.
Gli elettroni quindi si innalzano a un livello energetico più alto con il conseguente rilascio di un fotone, ossia sotto forma di energia luminosa.
La luce emessa si propaga in tutte le direzioni ma una piccola parte viene riflessa grazie a degli specchi posti alle estremità del cilindro e rimbalza sul' asse centrale. Questo fenomeno stimola altri atomi provocando una specie di reazione a catena.
Ha cosi inizio l' effetto valanga (lasing) dove il fascio aumenta sempre di più la sua intensità e riesce a uscire dallo specchio semiriflettente con un impulso brevissimo (microsecondi), ma con un intensità incredibile pari alla potenza di migliaia di lampade a scarica.

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Luce Laser: Definizione E Funzionamento - Tesina di Fisica gratis Studenti.it

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Tesina di maturità sulla luce laser: definizione, cenni storici e come funziona (10 pagine formato doc) Indice: 1. Caratteristiche del laser 3. Cenni storici 4. Funzionamento del laser 5. Tipi di laser 6. Potenze 7. Applicazioni odierne 8. Il laser e le stelle 9. L'arte del laser 10. Conclusioni11.

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Che cos'è la dispersione della luce?

Il fenomeno della dispersione della luce è la prova che la luce bianca è in realtà somma di più colori, ovvero di più lunghezze d'onda dell' onda elettromagnetica e quindi di più frequenze che il nostro cervello interpreta come colori.

Questo fenomeno agisce quando un fascio di luce bianca incide su un prisma e ne esce scomposto nei colori che compongono la luce bianca.

Se il fascio di colori all'uscita del prisma viene convogliato all'interno di un altro prisma allora si assiste alla ricomposizione dei vari colori nel bianco.

Dispersione e ricomposizione della luce.

Spiegazione del fenomeno della dispersione della luce

Il fenomeno della dispersione della luce è dovuto al fatto che ogni materiale possiede un indice di rifrazione che varia a seconda della frequenza dell'onda che lo incide.

Poiché l'angolo di incidenza i e quello di rifrazione r sono legati agli indici di rifrazione sia del mezzo da cui proviene la luce e sia del mezzo verso cui penetra, allora si spiega che ogni frequenza viene deviata secondo un angolo leggermente diverso dalle altre.

La legge di Snell o seconda legge della rifrazione è espressa in questi termini:

Nel caso di passaggio ad esempio dall' aria ad un prisma di vetro, n1 = 1 mentre n2 indice di rifrazione del vetro varrà - in base alle frequenze che lo investono - una gamma di valori che vanno da 1,522 a 1,507.

Anche se la variazione dell'indice di rifrazione è minima, ciò spiega perché la frequenza che corrisponde ad esempio al rosso venga rifratta con un angolo diverso rispetto ad esempio a quella del giallo:

Ricordiamo che l'indice di rifrazione (n) è una grandezza adimensionale che rappresenta il rapporto tra la velocità della luce nel vuoto c (velocità massima che può assumere) e la velocità v che assume quando si propaga in un mezzo materiale:

n = c / v

Esercizio

Calcolare la velocità di propagazione di due diversi raggi di luce, di colore rosso e violetto, all'interno di un materiale vetroso.

Si sappia che gli indici di rifrazione del rosso e del violetto nel vetro sono rispettivamente nrosso = 1,507 e nvioletto = 1,522.

Lo svolgimento dell'esercizio lo trovi qui: velocità della luce nel vetro.

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Da quanti colori è composto l'arcobaleno?
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Il fenomeno della dispersione della luce è la prova che la luce bianca è in realtà somma di più colori, ovvero di più lunghezze d'onda dell' onda elettromagnetica e quindi di più frequenze che il nostro cervello interpreta come colori.

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Il valore della velocità della luce nel vuoto si indica con l lettera c.
Secondo le più recenti misurazioni: c=299 792 km/s.
La luce per arrivare alla terra ci impiega circa 8 minuti, un'auto (viaggiando a 100 km/h) per andare fino al sole ci impiegherebbe circa 170 anni

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La rifrazione è la deviazione che la luce subisce quando passa da un corpo all'altro. La rifrazione utilizza 2 fattori principali: il fattore di inclinazione della luce e la diversa densità dei 2 corpi.

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Il principio della riflessione determina il fatto che se una superficie è ben levigata, tutti i raggi di luce vengono rispediti in una precisa direzione.

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I corpi illuminanti assorbono e riflettono i vari colori in modo differente.
Es. La rosa assorbe tutti i colori tranne il rosso, che lo riflette ed è per questo che a noi la rosa pare rossa.

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Ha tre caratteristiche speciali:
- E' monocromatica, cioè è di un solo colore perché le sue onde sono tutte della stessa frequenza:
- E' coerente, cioè tutte le sue onde hanno le creste e i ventri perfettamente allineati;
- E' collimata, cioè tutte le sue onde sono molto vicine e viaggiano nella stessa direzione.
Grazie a queste tre caratteristiche, la luce laser forma raggi sottili e potentissimi che possono trasportare energia a grande distanza.

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La luce è un'onda elettromagnetica che è percepibile all'occhio umano.

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I raggi infrarossi hanno frequenze inferiori a quelle del rosso.
I raggi ultravioletti hanno frequenze superiori a quelle del violetto.

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Si vede sfuocato

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Non si vede niente da lontano

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Si vede più in grande di quello che è

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Non si riesce a mettere a fuoco gli oggetti da vicino e viene alle persone dai 50 anni in su

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Si vede un colore per un altro

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Credit foto
©tomas1111 / 123rf.com

L' arcobaleno è un fenomeno che lascia sempre a bocca aperta grandi e piccoli e che inevitabilmente ferma le azioni e "richiede" di essere ammirato nella sua bellezza.

I bambini rimangono affascinati da questo fenomeno al punto che spesso chiedono di andare a cercarlo e vederlo da vicino e magari toccarlo con mano. È sicuramente una delle cose stupende che la natura dona ogni giorno e che genera sensazioni piacevoli e fascino.

Arcobaleno, cos'è

L'arcobaleno è un fenomeno luminoso che genera un fascio di colori a forma di arco che attraversa il cielo. Scientificamente è il risultato della rifrazione dei raggi solari sulle goccioline di acqua che rimangono sospese nell'atmosfera e che dona quella percezione di colori luminosi.

Non a caso è spesso visibile dopo un temporale in cui la quantità di gocce è molto elevata oppure nelle pozzanghere in cui l'acqua colpita dai raggi solari si "dipinge" di colori.

Essendo una condizione percettiva a livello visivo, la sua posizione e intensità dipende da dove si trova l'osservatore rispetto al punto di rifrazione e quindi può essere che, in luoghi diversi vi sia una visione differente, a volte con l'arco non molto nitido, incompleto, ecc.

Arcobaleno: simbolo nelle culture

Da sempre l'uomo è rimasto affascinato dall'arcobaleno che è diventato simbolo e rappresentazione di moltissimi significati nelle differenti culture.

Uno dei significati più diffusi è quello di Ponte tra mondi o tra Cielo e Terra e quindi tra realtà materiale e spirituale.

Per i Greci infatti era il la personificazione della dea Iris, messaggera degli dei per i mortali; i cinesi lo ritengono elemento che congiunge e mette in comunicazione cielo e terra poiché composto da un drago a due teste; per gli antichi indiani Navajo è invece un serpente che può essere cavalcato come simbolo di iniziazione e di passaggio verso il mondo spirituale, ecc.

In queste culture emerge quindi il significato del passaggio da una condizione a un'altra, ma anche di legame indissolubile tra due mondi e realtà comunicanti. Fondamentale da qui il concetto di apertura verso altri mondi e quindi l'arcobaleno rappresenta il processo di cambiamento e l'inizio della ricerca di altri significati e di maggiore consapevolezza interiore.

Nella Genesi l'arcobaleno rappresenta un patto tra Dio e l'umanità, comparso per la prima volta dopo il diluvio universale in cui Noè e la sua arca riuscirono a sopravvivere, come promessa che non avrebbe più inondato la terra. È quindi simbolo di pace e di accordo.

Il mezzo arco o la mezza luna è inoltre simbolo della fertilità della prosperità. Per gli antichi druidi delle popolazioni celtiche, infatti fare l'amore sotto l'arcobaleno era propizio per la gravidanza.

Quindi, il fascio di luce colorato rappresentava la femminilità e la generatività, la nuova vita, il proseguo della generazione e la nascita. Il classico pentolone d'oro alla fine dell'arcobaleno è simbolo di ricchezza che un tempo era individuata nella nascita di un figlio.

Quindi tantissimi sono i significati di questo fenomeno spettacolare: vita, generatività, speranza, pace, armonia, iniziazione, cambiamento, creazione, spiritualità, coesione, unione, forza, collegamento, passaggio, ecc.

I colori dell'arcobaleno

I dell'arcobaleno sono da sempre identificati come 7. Nella realtà recentemente i fisici hanno definito la presenza di 6 colori, mettendo in dubbio la presenza dell'indaco. Tuttavia, è da precisare che i colori non hanno uno stacco netto tra loro ma si presentano come un continuum di passaggi cromatici e che nella realtà i colori sono tantissimi, forse anche più di 1 milione, ma che all'occhio umano solo pochi sono ben visibili e identificabili.

A partire dal colore più esterno è possibile osservare il rosso, l'arancione, il giallo, il verde, il blu, l'indaco e il viola. I colori caldi rappresentano sentimenti positivi, quelle freddi la serenità e tranquillità.
In generale è possibile associare alcuni significati specifici ad ogni colore:

Rosso: simbolo della passione e dell'amore, ma anche di vitalità, energia e saggezza

Arancione: creatività divertimento ma anche positività e ottimismo

Giallo: Luminosità del pensiero, vita e luce

Verde: Speranza, equilibrio e stabilità mentale

Blu: Calma e tranquillità, ricorda il cielo e il mare

Indaco: meditazione e spiritualità, armonia

Viola: benevolenza e ispirazione alla divinità

Covid-19 e l'arcobaleno ai balconi

Perché è stato scelto l'arcobaleno come simbolo per accompagnare la frase " andrà tutto bene " che in questo periodo viene utilizzata con spirito motivazionale e di speranza?

L'arcobaleno è simbolo di speranza, dona sollievo, fa respirare un soffio di pace e serenità. In questo momento dove tutto sembra nero l'arcobaleno dona colore e aiuta ad aprirsi al futuro, a guardare avanti.

Il suo significato di apertura e l'arco rimandano al passaggio, alla transizione e al cambiamento che sicuramente questa situazione ha portato e porterà in futuro nel modo di vivere e, forse, in quello di osservare la realtà esterna e quella a noi più cara. Modificherà il valore delle cose e degli istanti, delle relazioni e degli affetti.

Viene spesso fatto disegnare ai bambini, lasciando libera la fantasia e la creatività che li caratterizza. In questo momento è importante sostenerli e accompagnare il loro sguardo nell'osservare il mondo. Sguardo ricco di ammirazione e attenzione, ma anche di desiderio di vedere le persone care e il proprio mondo stare bene, di scoprire e di comprendere. Sguardo in cui si cela la paura e la difficoltà nel capire bene cosa accade per cui è importante spiegare loro e aiutarli a costruire un segno di speranza per sé e per gli altri.

L'arcobaleno apre a nuova vita. È il passaggio tra il temporale e il nuovo cielo limpido, è l'arco della fertilità che genera nuova vita, è simbolo del passaggio a un nuovo mondo...Tutti elementi che oggi fanno riflettere e pensare al futuro, che sarà un po' diverso dal mondo che abbiamo lasciato a inizio della pandemia, ma che forse ci permetterà di apprezzare di più quello che abbiamo, il qui ed ora e le piccole cose, proprio come quel fascio di luce che assaporiamo per un istante ma che ci lascia sempre a bocca aperta.

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Arcobaleno, significato di un simbolo - Crescita-Personale.it

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Credit foto©tomas1111 / 123rf.com L' arcobaleno è un fenomeno che lascia sempre a bocca aperta grandi e piccoli e che inevitabilmente ferma le azioni e "richiede" di essere ammirato nella sua bellezza. I bambini rimangono affascinati da questo fenomeno al punto che spesso chiedono di andare a cercarlo e vederlo da vicino e magari toccarlo con mano.

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Esso si vede solo se la fonte di luce (il sole) è alle nostre spalle e c'è l'acqua davanti ai nostri occhi e il raggio è di 42 gradi.