Riflessione Braies lake .

riflessione Braies lake

Riflessione delle onde meccaniche – riflessione delle onde luminose (elettromagnetiche)

Legge di riflessione

Legge di riflessione: il raggio incidente, il raggio riflesso e la normale giacciono sullo stesso piano. L'angolo di incidenza è uguale all'angolo di riflessione.

Legge di riflessione: il raggio incidente, il raggio riflesso e la normale giacciono sullo stesso piano. L’angolo di incidenza è uguale all’angolo di riflessione.

riflessione 3Luna riflessa in acqua

 

 

Diffrazione di un’onda. La diffrazione è un fenomeno associato alla deviazione della traiettoria di propagazione delle onde (come anche la riflessione, la rifrazione, la diffusione o l’interferenza) quando queste incontrano un ostacolo sul loro cammino. È tipica di ogni genere di onda, come il suono, le onde sulla superficie dell’acqua o le onde elettromagnetiche come la luce o le onde radio. La diffrazione dipende dalla lunghezza dell’onda e dalle dimensioni della fenditura o dell’ostacolo: questo spiega come mai il suono, che è un’onda, riesce a girare intorno agli angoli mentre la luce no. Gli effetti di diffrazione luminosa sono quindi molto piccoli rispetto a quelli delle onde sonore o dell’acqua.

Diffrazione onda mare

 

Si ha diffrazione se la lunghezza d’onda λ è dello stesso ordine di grandezza della fenditura o dell’ostacolo che viene aggirato dall’onda.

Una strana grandinata L’altro giorno sono dovuto uscire di casa mentre il tempo prometteva un bel temporale… e io avevo un buco nel tetto. Per non rischiare danni maggiori, ho sistemato un bel catino proprio sotto al buco; ma quando sono tornato la situazione era questa: Grandine 1 C’era stata una grandinata eccezionale, e io ho trovato sì il catino pieno di ghiaccio, ma molti chicchi erano sparsi sul pavimento. Una spiegazione potrebbe essere che il catino si sia riempito troppo, o che qualche chicco ne sia rimbalzato fuori; nonostante queste ipotesi, ho voluto appurare se per caso non succeda qualcosa durante il viaggio: siamo sicuri che tutti i chicchi di grandine arrivino sempre nel catino? Grandine 2 Nell’animazione qui sopra mostro 4 casi diversi: A      — il chicco di grandine cade lontano dal buco, quindi non arriverà mai sul mio pavimento. B      — il chicco passa esattamente dal centro del buco, e infatti cade nel catino. C, D — questi due chicchi di grandine rimbalzano sul bordo del buco, deviano la loro traiettoria e cadono sul pavimento. (http://aldoaldoz.blogspot.com/2010/07/interferenza.html) Interferenza 1a Se un fascio di luce investe uno schermo circolare, al di là dell’ostacolo, lungo l’asse che congiunge la sorgente di luce e il centro dello schermo, dovrebbe comparire un raggio di luce; il che sembrerebbe impossibile. Macchia di Poisson La verifica viene fatta immediatamente, e il risultato è che questo raggio di luce si “materializza” davvero! La spiegazione sta nel fatto che al momento che la luce generata in A raggiunge lo schermo B, dal bordo di B si irradiano le onde che generano i normali fenomeni di diffrazione. Quindi tutti i punti che si trovano lungo l’asse che si prolunga oltre il centro dello schermo saranno equidistanti dal bordo dello schermo stesso e riceveranno le onde diffratte perfettamente in fase, sommandosi. Macchia di Poisson Diffrazione di Fresnel diffrazione-1 diffrazione-2 Condizione per le frange scure (minimi): W senΘ = m λ con m = ±1; ±2;  ±3…..   W è la larghezza della fenditura. Diffrazione Ampiezza approssimativa del massimo centrale: 2 λ / W  Se quindi diminuiamo W l’ampiezza del massimo centrale aumenta: ciò è ragionevole perché se la fenditura è larga la luce subisce una piccola deflessione, se invece è stretta la fenditura si comporta per il principio di Huygens come una sorgente di nuove onde, che quindi hanno un intervallo di angolo di propagazione più ampio. diffrazione L’interferenza è un effetto che coinvolge esclusivamente fenomeni ondulatori. (onda che attraversa due fenditure). Interferenza 2a (http://aldoaldoz.blogspot.com/2010/07/interferenza.html)

Interferenza di onde che attraversano due fenditure. La lunghezza d'onda deve essere confrontabile con le dimensioni delle fenditure.

Interferenza di onde che attraversano due fenditure. La lunghezza d’onda deve essere confrontabile con le dimensioni delle fenditure.

Isaac Newton, dall’osservazione delle ombre create dagli oggetti investiti dalla luce, ipotizzò che essa fosse composta da corpuscoli che venivano bloccati dalla superficie illuminata di quei corpi. La congettura di Newton resistette per diverso tempo fino a quando Thomas Young dimostrò nel suo celebre esperimento del 1801, il primo in cui  veniva evidenziato il fenomeno dell’interferenza luminosa, la natura ondulatoria della luce, scardinando così l’apparato dell’ottica geometrica che, già all’epoca di Newton, iniziava a fare acqua (lo stesso fisico inglese non riuscì ad esempio a spiegare il fenomeno degli anelli di Newton, che può essere compreso solo ricorrendo a modelli ondulatori). Thomas Young Thomas Young e la Stele di Rosetta che contribuì a decifrare. Young si macchiò del delitto di “lesa maestà”! Infatti sostenendo la teoria ondulatoria della luce andava contro l’opinione di Newton e questa è una cosa che il mondo scientifico inglese non poteva  tollerare, soprattutto se a farlo era proprio un inglese!   L’esperimento di Young venne ripetuto nel 1961, utilizzando stavolta non radiazioni elettromagnetiche ma fasci di elettroni che possono essere estratti dalla materia; anche in quel caso si osservò il fenomeno dell’interferenza, a conferma dell’ormai collaudato formalismo della meccanica quantistica e in particolar modo della cosiddetta ipotesi del dualismo onda-particella. La luce ha natura ondulatoria. Infatti produce figure di interferenza, se si sovrappongono più onde. figuradiinterferenza

Interferenza di un raggio di luce rossa attraverso una fenditura.
Diffrazione della luce: anche la luce aggira gli ostacoli, quindi ha un comportamento ondulatorio. E' un'onda elettromagnetica (non meccanica, non ha bisogno di un mezzo di trasmissione, si trasmette anche nel vuoto)

Diffrazione della luce: anche la luce aggira gli ostacoli, quindi ha un comportamento ondulatorio. E’ un’onda elettromagnetica (non meccanica, non ha bisogno di un mezzo di trasmissione, si trasmette anche nel vuoto)

Le onde si possono sommare per formare una nuova onda. La somma delle due onde del grafico che segue dà 0, cioè interferenza distruttiva.
Applicando le formule di goniometria si ricava che:
sin(x) +(- sin(x)) = 0 .
Si può anche giustificare tale risultato osservando il grafico.
Perché si produce questo comportamento distruttivo?
Nel grafico, ambedue le onde hanno lunghezza d’onda e frequenza uguali ma sono in opposizione di fase. Se si potesse trascinare l’onda blu indietro vedremmo le due onde sovrapporsi perfettamente.
Ma, siccome sono sfasate di p , esse si distruggono reciprocamente.
Questa interferenza viene detta negativa o distruttiva.
Le onde possono anche essere in fase in modo tale da rinforzarsi:
questa interferenza viene detta positiva o costruttiva .

figure interferenziali in un ondoscopio

File:Young.gif Interferenza sinusoidi 1 — In alto a sinistra si vedono due onde che impiegano esattamente lo stesso tempo per raggiungere il punto di intersezione sulla linea viola. In quel punto le onde arrivano esattamente in fase, i loro picchi coincidono sempre, quindi il loro effetto si somma; l’onda rossa ottenuta dall’unione delle due onde ha ampiezza doppia rispetto a ciascuna delle onde verde e gialla. 2 — In alto a destra la lunghezza del cammino compiuto dalle due onde differisce per esattamente mezza lunghezza d’onda. Questo vuol dire che quando una si trova al picco massimo, l’altra è al picco opposto: praticamente c’è una continua compensazione pieno-vuoto, e l’onda generata ha ampiezza nulla. 3 — In basso a sinistra le due onde arrivano nuovamente in fase, ma data la differente lunghezza dei cammini percorsi, l’onda gialla compie un’oscillazione in più rispetto a quella verde. Il risultato è un’onda di ampiezza pari a quella generata nel caso 1. 4 — In basso a destra la confluenza fra le due onde si verifica in un punto in cui sono quasi in controfase, cioè i picchi positivo e negativo si compensano ma senza annullarsi del tutto: l’onda che ne esce ha un’ampiezza molto ridotta.(dal sito: http://aldoaldoz.blogspot.com/2010/07/interferenza.html)

Interferenza costruttiva:
Calcolo interferenza costruttiva.png

Due sorgenti S1 ed S2 emettono onde con la stessa frequenza e lunghezza d’onda e vibrano in fase. Si ha interferenza costruttiva nel punto P se il valore assoluto di   S1P – S2P è un multiplo intero della lunghezza d’onda λ:

S1P – S2P = K λ;  con  K intero ;  λ;   2λ;  3λ; 5λ …. In P si incontrano due creste).

Interferenza distruttiva:

Si ha interferenza distruttiva nel punto P se il valore assoluto di S1P – S2P è un multiplo dispari della  mezza lunghezza d’onda λ/2:

S1P – S2P = (K +1/2) λ;  con K intero ;  λ/2; 3λ/2;  5λ/2 …..

Anche la luce fa interferenza: è un’onda.
Doppia fenditura (esperimento di Young – 1801)

luceinterferenzaDistanza fra le fenditure sorgenti S1 ed S2  si indica con d.ed è molto piccola (pochi mm).
Distanza dello schermo dal punto medio fra S1 ed S2 = L (grande, molti m)
λ = lunghezza d’onda) Y = distanza verticale di un punto P sullo schermo dal massimo centrale.

d Y/L = m λ

Y/L = sen θ
Doppia fenditura (vedi pdf su interferenza http://users.unimi.it/veronese/doc/ottica_ondul_web.pdf

http://users.unimi.it/veronese/doc/ottica_ondul_web.pdf

d senθ = m λ ; (interferenza costruttiva) d senθ = (m + 1/2) λ ;  (interferenza distruttiva) per angoli piccoli vale: sen θ = tan θ tan θ  = Y/L

Esercizio su doppia fenditura (esperimento di Young) 1) Un sistema di due fenditure separati da distanza d=2 mm è investito da luce di lunghezza d’onda lambda =589 nm. La distanza dallo schermo vale L = 4 m. Qual è  la posizione della decima frangia luminosa Y(10)? Interferenza costruttiva :  d senθ = +- m x  λ d senθ = 10λ; Posizione rispetto alla frangia centrale (m = 0) : Y(10) = L tan(teta) sen(θ) = 10 x 589 x 10-9/ 2 x 10^-3 = 2,945 x 10^-3 θ = 0,169° Y(10) = 4 x tan(0,169) = 0,012 m = 12 mm; ( Y = L x 10 x lambda /d) 2)  In un esperimento con una doppia fenditura, la distanza fra le fenditure d è 2,2 x 10^-5 m. Su uno schermo a 2,0 metri dalle fenditure si forma una figura di interferenza. Se la settima riga luminosa sullo schermo è a una distanza lineare Y = 10,0 cm, dal massimo centrale, qual è la lunghezza d’onda della luce? Condizione di interferenza costruttiva: d senθ = m λ ;  d senθ = 7 λ;  sen θ = tan θ tan θ  = Y/L λ = d Y / (7L) = 2,2 x10^-5 x 10^-1 / (7 x 2) = 0,157 x 10^-6 m = 157 nm

https://wordpress.com/post/31275193/21485691

Onde stazionarie in tubi chiusi ad una estremità

λn = 4 L / n

Un nodo è sempre sulla base chiusa e un antinodo sulla base aperta.

I nodi sono frutto di interferenza distruttiva tra onde, gli antinodi sono frutto di interferenza costruttiva. Le onde stazionarie sono figure di interferenza tra onde identiche che si muovono in senso opposto: le onde stazionarie sono caratterizzate da punti che non oscillano mai (i nodi) e punti in cui l’oscillazione è sempre massima (gli antinodi). È facile produrre un’onda stazionaria su una corda legata a un’estremità: facendo oscillare la corda all’estremità libera, l’onda si propaga lungo la corda. Quando giunge all’estremità vincolata, l’onda viene riflessa e l’onda riflessa è capovolta rispetto all’onda incidente. Ogni volta che l’onda giunge a un estremo della corda, quello vincolato o quello legato alla nostra mano, viene capovolta e riflessa e l’onda risultante è data dall’interferenza delle onde incidenti e riflesse.

Battimenti: si sommano due onde con frequenze che differiscono di una quantità minima.

Onde in un ondoscopio (strumento per formare onde)



Nel disegno sopra è rappresentata un’onda bidimensionale a fronti d’onda piani in cui suono indicati un fronte d’onda, la direzione di propagazione e la lunghezza d’onda λ.

La rappresentazione è in prospettiva per mostrare pure la forma sinusoidale dell’onda. 


Si può osservare che il fronte d’onda e la direzione di propagazione sono perpendicolare fra di loro.
Nei disegni sotto è rappresentata un’onda circolare vista sia in prospettiva che dall’alto.

Sono visualizzati la lunghezza d’onda λ, un fronte d’onda e la direzione di propagazione.

Ondoscopio

Ondoscopio: onda piana diventa circolare.           (Diffrazione se λ è uguale o maggiore delle dimensioni della fenditura od ostacolo).

Se λ ≥ d —-> si ha diffrazione e l’onda aggira l’ostacolo

Onde piane nell'ondoscopio

Onde piane nell’ondoscopio – fronti d’onda

Interferenza di onde: figura di interferenza nell'ondoscopio.

Interferenza di onde: figura di interferenza nell’ondoscopio.

Riflessione onde meccaniche in acqua

riflessione45°

Riflessione onda piana

Riflessione onda piana: l’onda riflessa interferisce con l’onda incidente.

Riflessione delle onde meccaniche – riflessione delle onde luminose (elettromagnetiche)

Legge di riflessione

Legge di riflessione: il raggio incidente, il raggio riflesso e la normale giacciono sullo stesso piano. L'angolo di incidenza è uguale all'angolo di riflessione.

Legge di riflessione: il raggio incidente, il raggio riflesso e la normale giacciono sullo stesso piano. L’angolo di incidenza è uguale all’angolo di riflessione.

riflessione 3
riflessione_speculare

Riflessione sull'acqua

Riflessione sull’acqua

riflessione

riflessione

Luna riflessa in acqua

Luna riflessa in acqua

specchio1

immagine formata da uno specchio convesso

immagine formata da uno specchio convesso – immagine virtuale

Cucchiaio: specchio convesso – specchio concavo.

Specchio concavo

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