Ottica geometrica: esercizi e lenti

Ottica geometrica, alla base di molti studi ed esperimenti non solo scientifici. Anche dietro a molte opere d’arte, c’è l’ottica geometrica, le sue regole e le eccezioni che si possono fare o concedere a chi è un vero artista per far sembrare tutto più credibile. Non se lo possono permettere gli scienziati, invece, che la utilizzano come base per studiare fenomeni ottici e progettare strumenti avanzati di osservazione dei microcosmi e dei macrocosmi.

Ottica geometrica in Fisica

Per indagare sulle origini di questa branca dell’Ottica dobbiamo andare parecchio indietro con il tempo, ci si è infatti chiesti già diversi secoli fa che regole potessero esserci nella propagazione della luce, ad esempio, con specchi e vetri, lenti e quanto altro.

L’ottica geometrica si occupa dei fenomeni ottici con un approccio del genere: assume che la luce si propaghi mediante raggi rettilinei. Col tempo è nata anche l’ottica ondulatoria, quella geometrica resta valida in tal senso quando la luce interagisce solo con oggetti di dimensioni molto maggiori della sua lunghezza d’onda.

Ottica geometrica: lenti

Per capire l’ottica geometrica, di solito si “gioca” con le lenti, andando a vedere cosa succede ai raggi che ne attraversano varie tipologie e perché. In tal senso si sta interagendo con degli oggetti con dimensioni molto più grandi della lunghezza d’onda della luce per cui possiamo andare a studiare la propagazione rettilinea, la riflessione e la rifrazione dandone una spiegazione approssimata, ma sufficiente in molti casi. Questo vale per la luce e le lenti ma anche quando i raggi si trovano interagire con specchi, prismi e sistemi ottici costruiti con mix di lenti, specchi e prismi.

Ottica geometrica: esercizi

Gli esercizi di ottica geometrica possono essere anche molto divertenti, sono dei casi di luce che colpisce lenti e specchi e applicando delle semplici leggi si vede cosa può accadere nella realtà con una approssimazione piuttosto buona. E’ però necessario, per risolverli, sapere le leggi e saperle applicare. Vediamo le più importanti. La Legge della propagazione rettilinea afferma che nel vuoto la luce si propaga lungo linee rette, questo vale nell’aria ma anche all’interno di qualsiasi mezzo omogeneo.

Le Leggi della riflessione spiegano che quando una congruenza ortogonale di raggi incide su una superficie di discontinuità, essa genera una nuova congruenza ortogonale di raggi. Questo nuovo raggio, riflesso, si trova nel piano definito dal raggio incidente e dalla perpendicolare alla superficie nel punto di incidenza. Non vi spaventate: l’ottica geometrica quando viene accompagnata dai disegni, è molto più facile, gli enunciati spaventano.

Ci sono anche le Leggi della rifrazione, dette anche di Snell, che raccontano cosa succede ad un raggio di luce che attraversa una superficie di discontinuità tra due materiali diversi: viene deviato. E oltre al raggio rifratto, c’è sempre anche un raggio riflesso.

Ottica geometrica: specchi  

Ecco un ottimo set di 16 specchi adesivi per i vostri esperimenti di ottica geometrica. Su Amazon l’intero set costa 9 euro, ciascuno specchio misura 15cm x 15cm e, oltre che utili, sono anche decorativi. Si può comporre ciò che si vuole espandendo le vostre stanze e le vostre menti.

Ottica geometrica: esperimenti

Gli esperimenti più divertenti di ottica geometrica sono senz’altro quelli che hanno a che fare con le illusioni ottico-geometriche, eccone una rassegna raccolta in un volume semplice e divertente ma anche serio nelle spiegazioni. A 33 euro, anche su Amazon. Tra gli esperimenti, però, non ci sono quelli sulla Terapia della Luce che viene invece applicata davvero e non perché sperimentale, in alcune situazioni funziona!

Ottica geometria: formule

Le formule che derivano dalle leggi dell’ottica geometrica sono deducibili dal principio di Fermat, se si assume che l’indice di rifrazione sia inversamente proporzionale alla velocità della luce nel mezzo considerato. Nelle formule, si trova questo indice per i vari mezzi che ci troviamo ad esaminare, convenzionalmente è un numero che si ottiene dal presupposto che quello del vuoto e 1. Sapendo che la velocità della luce è massima nel vuoto, ne segue che l’indice di rifrazione di tutte le altre sostanze è maggiore di 1.

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Pubblicato da Marta Abbà il 5 Aprile 2018