LA RIFRAZIONE DELLA LUCE

RIFRAZIONE DELLA LUCE

Se la luce attraversa la superficie di separazione di due mezzi trasparenti diversi, subisce una deviazione.

Si usa spesso un semi cilindro di vetro  (o di plexiglass),  col quale è abbastanza agevole la misura dei due angoli (formati con la normale nel punto d'incidenza : ' i ' detto  angolo  d'incidenza  ed  ' r ' angolo di rifrazione.

Se la velocità  v₂  con cui  la luce si propaga  nel  secondo mezzo (come avviene ad es. nel vetro) è minore della  v₁  nel primo  mezzo (che nel nostro caso è l'aria), la  luce  si   avvicina   alla  normale ' n ' per cui risulta che l'angolo di rifrazione ' r '  è minore  di  quello d'incidenza ' i ' e viceversa nel caso contrario.

L'esperienza dimostra che  al variare  dell'angolo  d'incidenza ' i ' fra zero e 90 gradi,  varia  anche l'angolo di rifrazione ' r ', ma che, per  ogni  determinata  coppia di mezzi, si  mantiene  costante il rapporto :

sin (i) / sin (r) = v₁ / v₂ = n

Alla costante ' n '  si dà il nome INDICE DI RIFRAZIONE  del  mezzo (2) in cui la luce arriva, rispetto al mezzo (1) da cui proviene.

Spesso il mezzo da cui proviene la luce è l'aria, e in questo mezzo (come nel vuoto)  la  velocità di propagazione è massima e si indica con ' c '.

Quindi scriveremo : sin (i) / sin (r)  =  n  =  c / v  essendo ' v ' la velocità con cui la luce si propaga nel mezzo (2) in cui arriva.

Il massimo angolo d’incidenza è 90° e gli corrisponde il massimo angolo di rifrazione (caratteristico del materiale trasparente usato).

Quando al tramonto molti raggi di luce solare colpiscono la superficie del mare tangenzialmente, il sub vede la luce rifratta.

Un'analogia meccanica, dovuta ad Einstein, ci permetterà di capire e di ricordare meglio il fenomeno della rifrazione della luce.

Immaginiamo che due uomini trasportino un lungo palo procedendo di pari passo.

Finché entrambi camminano fuori dall'acqua, il palo viene spostato parallelamente a se stesso, ma  appena  uno dei due entra nell'acqua, comincia a rallentare, il palo ruota e riprenderà a traslare in  una nuova  direzione  quando  anche l'altro  uomo  entrerà con i piedi nell'acqua. Così la luce che nell'aria si propaga con una velocità maggiore che non nell'acqua,  quando attraversa la superficie di separazione di un mezzo in cui rallenta, tende ad avvicinarsi alla normale nel punto d'incidenza.

Si capisce che se l'angolo d'incidenza è nullo, non si ha rifrazione. In tal caso, nell'esempio precedente, i due uomini entrano nell'acqua contemporaneamente e rallentano, ma il palo non ruota.

Per la luce, analogamente, quando l'angolo d'incidenza è nullo, lo è anche quello  di rifrazione ed il raggio luminoso prosegue nella stessa direzione.

Infine vogliamo cercare di capire  perché  una lente  biconvessa ha la proprietà di  piegare un fascio di raggi luminosi paralleli  all'asse ottico, facendoli convergere verso di esso."

Ad es. il raggio AI, incontra nel punto ' I ' la superficie di separazione aria-vetro e dato che questo materiale  è  più  rifrangente dell'aria,  deve avvicinarsi dalla normale nel punto d'incidenza per cui subisce una prima deviazione verso l'asse ottico.

Il raggio rifratto I - I', giunto nel punto I'  vi incontra la superficie di separazione vetro-aria,  ma ora va verso il mezzo meno rifrangente (qual'é l'aria, rispetto al vetro)  e  nell'emergere si deve allontanare dalla normale, piegando ancora verso il basso, quindi ancora verso l'asse ottico.

Con un ragionamento analogo è possibile capire perché una lente biconcava risulta 'divergente'.

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