Rifrazione della luce — Educazione fisica, 14–17 anni
Perché la luce cambia direzione quando entra in un altro materiale e come prevedere la nuova direzione.
L’idea
La rifrazione è il cambiamento di direzione della luce quando attraversa una superficie di separazione, per esempio dall’aria al vetro o all’acqua. Nel nuovo materiale la luce cambia velocità, quindi il suo percorso di solito si inclina. Gli angoli si misurano rispetto alla normale, una linea immaginaria perpendicolare alla superficie.
Perché serve
Il modello della linea retta funziona finché la luce resta nello stesso materiale, ma non spiega perché una moneta sembri spostarsi sott’acqua o perché una lente concentri la luce. La rifrazione è stata studiata per prevedere questi cambiamenti alle superfici di separazione. Il problema è che la luce non viaggia alla stessa velocità in tutte le sostanze trasparenti.
Un esempio svolto
Un raggio passa dall’aria al vetro con un angolo di incidenza di 30°. Prendiamo n_aria = 1,0 e n_vetro = 1,5 e usiamo n₁ sen i = n₂ sen r. Quindi sen r = 1,0 × sen30° ÷ 1,5 = 1/3, da cui r ≈ 19,5°. Il raggio si piega verso la normale.
L’errore comune
Molte persone misurano l’angolo dalla superficie invece che dalla normale. È un errore comprensibile perché la superficie è visibile e sembra la linea di riferimento più ovvia. Le equazioni, però, usano la normale: se il raggio forma 30° con la superficie, forma 60° con la normale.
Fuori dalla scuola
Gli occhiali usano lenti sagomate con precisione per rifrangere la luce e formare immagini nitide sulla retina. Macchine fotografiche, microscopi e telescopi usano la stessa idea per controllare il punto in cui la luce converge. Le fibre ottiche guidano la luce tramite riflessioni interne ripetute e trasmettono informazioni su lunghe distanze.
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