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Riflessione e rifrazione

dalla Tesina "Realtà e apparenza" per liceo linguistico

di Nicola Diomaiuto

Fisica

Ognuno di noi avrà sperimentato almeno una volta nella propria vita che guardando un righello immerso in un recipiente pieno d'acqua, esso appare piegato, cosi come se poniamo un oggetto di fronte ad uno specchio sferico concavo otterremo una "reale" riflessione di esso. Riflessione e rifrazione sono due fenomeni legati alle diverse proprietà della luce.

La riflessione e lo specchio piano e curvo.

Inviando un sottile fascio di luce su una lamina di metallo vedremo emergere dalla superficie un raggio riflesso, anch'esso sottile e ben definito. Se appoggiamo un foglio di cartone sulla lamina, in modo che esso sia sfiorato dai due raggi vedremo che il raggio incidente, il raggio riflesso e la perpendicolare alla superficie riflettente nel punto di incidenza appartengono allo stesso piano ( prima legge della riflessione ); inoltre l'angolo di incidenza è uguale all'angolo di riflessione (seconda legge della riflessione) . Le leggi della riflessione descrivono come si forma l'immagine di un oggetto riflesso da uno specchio piano. Questa, sarà un' immagine virtuale e apparirà in posizione simmetrica all'oggetto rispetto allo specchio. Immagine e oggetto però non sono sovrapponibili, essi infatti sono inversamente uguali, cioè sono uguali ma la destra è scambiata con la sinistra.

Gli specchi sferici curvi sono dotati di un punto chiamato fuoco, che ha due proprietà:

  1. - i raggi che passano per il fuoco si riflettono in modo da allontanarsi in un fascio di raggi paralleli;

  2. - i raggi paralleli all'asse di simmetria dello specchio (asse ottico) , dopo la riflessione passano per il fuoco.

Gli specchi sferici di piccola apertura avendo il fuoco ben definito hanno le seguenti proprietà :

  1. - un raggio che arriva parallelo all'asse ottico è riflesso nel fuoco dello specchio,

  2. - un raggio che passa per il fuoco è riflesso in direzione parallela all'asse ottico;

  3. - un raggio che passa per il centro è riflesso su se stesso, perché l'angolo di incidenza è zero;

  4. - un raggio che incide nel vertice è riflesso in modo simmetrico rispetto all'asse ottico.

Grazie a queste proprietà possiamo esaminare il comportamento di uno specchio sferico concavo quando l'oggetto che si riflette ha una forma semplice:

  • - quando l'oggetto si trova oltre il centro l'immagine sarà reale, capovolta e rimpicciolita;

  • - quando l'oggetto si trova tra il centro e il fuoco l'immagine sarà reale, capovolta e ingrandita;

  • - quando l'oggetto si trova tra il fuoco e lo specchio l'immagine sarà virtuale, diritta e ingrandita.

Negli specchi sferici convessi l'immagine è sempre virtuale, diritta e ingrandita.

 

La rifrazione

Quando un raggio passa dall'aria all'acqua, si piega verso la perpendicolare alla superficie di separazione, mentre quando passa dall'acqua all'aria si allontana dalla superficie di separazione. La rifrazione avviene ogni volta che un raggio attraversa la separazione tra due mezzi trasparenti nei qual la luce ha velocità diverse. Due leggi sperimentali descrivono le proprietà della rifrazione quando un raggio passa tra due mezzi trasparenti con diversi indici di rifrazione:
- il raggio incidente, il raggio rifratto e la perpendicolare alla superficie di separazione dei due mezzi, nel punto di incidenza appartengono allo stesso piano ( prima legge );
- aumentando l'angolo di incidenza aumenta anche l'angolo di rifrazione, ma in modo che il rapporto tra i due segmenti e rimanga sempre lo stesso ( seconda legge ).
In particolare quando il raggio rifratto nell'aria si avvicina sempre più alla superficie di separazione, fino a diventare radente, raggiunge il suo angolo limite ( 90° ) a cui corrisponde una riflessione totale dato che mancherà il raggio rifratto (lo stesso avviene per angoli minori dell'angolo limite). Questo fenomeno ad esempio, permette ad un sub in immersione di vedere un pesce che si trova nascosto da uno scoglio.

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