Esplorando la luce

Esplorando la luce

Esperimento di Young e la diffrazione da singola fenditura

INDICE

1. Esperimento di Young

7. Lo spettro

8. Reticolo di diffrazione

2. Le frange d’interferenza

9. Reticolo cristallino

3. L'approssimazione di piccoli angoli

10. Diffrazione da singola fenditura

4. L'interferenza della luce solare

11. Diffrazione attraverso fenditure piccolissime

5. Il reticolo

12. Thanks

6. L’analisi spettrale e analisi temporale

Esperimento di Young

Esperimento di Young

L'esperimento di Young fu realizzato nel 1801 dal fisico inglese Thomas Young e dimostra la natura ondulatoria della luce oltre a fornire un metodo per determinarne la lunghezza d'onda. L'esperimento consiste nell'illuminare con una sorgente monocromatica intensa una parete in cui sono poste due piccole fenditure, le cui dimensioni sono paragonabili con la lunghezza d'onda della radiazione sorgente, distanti tra di loro d. Per il principio di Huygens ognuna delle due fenditure fungerà da sorgente coerente, ovvero da ognuna delle due sorgenti si genererà un'onda con la stessa frequenza dell'onda principale.

Infine, si pone uno schermo a distanza L dalla parete contenente le fenditure, in corrispondenza di queste linee, su uno schermo posto a una certa distanza dalle finiture si genera una figura di interferenza caratterizzata da bande alternativamente luminose e oscure, chiamate frange di interferenza. Il fatto che la luce proveniente dalle due fenditure formi sullo schermo delle zone di oscurità alternate a zone luminose è il risultato molto importante che può essere spiegato solo assumendo che la luce abbia una natura ondulatoria.

Thomas Young (1773-1829)

Info

Le frange d’interferenza

Nel punto P si ha un massimo di intensità luminosa (frangia di luce) se le onde danno luogo a interferenza costruttiva. Ciò avviene quando le onde luminose giungono in fase, ovvero se la differenza di cammino percorso dai due raggi contiene un numero intero di lunghezze d’onda. Se due onde luminose arrivano sullo schermo in opposizione di fase si osserva invece un minimo di intensità, in tale condizione si ha un'interferenza distruttiva che produce una frangia buia. .

L'approssimazione di piccoli angoli

L'approssimazione di piccoli angoli è un'ipotesi utile per semplificare i calcoli relativi alle interferenze luminose. Essa suppone che gli angoli di incidenza e di riflessione o di rifrazione siano così piccoli da poter essere approssimati a zero. Questa approssimazione è particolarmente utile nell'analisi dei fenomeni di interferenza, in cui la distanza tra le sorgenti di luce e il piano di osservazione è molto grande rispetto alle dimensioni delle fenditure o del reticolo utilizzato.

L'interferenza della luce solare

Se si ripete l'esperimento di Young, sostituendo la luce monocromatica con una luce a fascio binaco si avrà un risultato diverso: La figura di interferenza osservabile mostrerà una zona luminosa al centro e ai lati delle frange luminose con i margini colorati.

Il reticolo

Nell'esperimento di Young è difficile effettuare con precisione la misurazione della distanza tra i massimi di intensità, perché le frange d'interferenza sono larghe e l'esatta posizione del massimo è difficile da individuare. Per questo si ricorre a un reticolo formato da un numero elevato di fenditure parallele tra loro e poste alla stessa distanza d detta passo del reticolo. Il funzionamento del reticolo è analogo alla doppia fenditura: quando è illuminato reticolo asse di simmetria del reticolo dalla luce, le onde diffratte interferiscono e creano sullo schermo frange luminose e frange scure. Procedendo come per l'esperimento di Young, si può dimostrare che l'intensità luminosa è massima nelle direzioni individuate da angoli θ in grado di soddisfare l'equazione del reticolo.

L’analisi spettrale e Analisi temporale

L'analisi spettrale è la rappresentazione delle componenti in frequenza di un segnale e fornisce maggiori dettagli rispetto all'analisi temporale. Particolarmente utile nelle applicazioni biomediche per segnali quasi periodici (es: cuore, respiro, voce, ecc.).

L'analisi temporale invece è una tecnica statistica che si occupa dei dati delle serie temporali e dell'analisi delle tendenze. I dati delle serie temporali seguono intervalli di tempo periodici che sono stati misurati in intervalli di tempo regolari o sono stati raccolti in particolari intervalli di tempo.

Lo spettro

Lo spettro è il vettore delle ampiezze delle componenti di un segnale disposte in funzione della loro frequenza. un segnale è in teoria rappresentato da una serie infinita di sinusoidi. Quando gli atomi (o le molecole) di un gas sono eccitati, per esempio scaldandoli, emettono una radiazione elettromagnetica composta solo da determinate frequenze (e lunghezze d’onda) specifiche di quegli atomi, dette righe spettrali.

Reticolo di diffrazione

È un sistema costituito da un numero N di fenditure, ognuna di larghezza A, poste tutte alla stessa distanza D tra di loro, impiegato per separare i colori della luce. Solitamente un reticolo di diffrazione è realizzato incidendo con precisione delle scanalature a distanza costante tra di loro su una lastra di vetro ottico. Un esempio di reticolo di diffrazione può essere considerata la superficie di un compact disc, le scanalature presenti sulla sua superficie producono infatti dei fenomeni di riflessione della luce.

Reticolo cristallino

Un reticolo cristallino è costituito da particelle che hanno una distribuzione regolare e periodica. essa può essere descritta con un modello geometrico regolare formato da un insieme di punti detti nodi nei quali si considera concentrata tutta la massa di ciascuna particella. unendo i nodi con una serie di linee immaginarie si ottiene una struttura tridimensionale a cui si dà il nome di reticolo spaziale o reticolo cristallino.

diffrazione da singola fenditura

DIFFRAZIONE DA SINGOLA FENDITURA

Considerando una fenditura di larghezza a, illuminata da un’onda luminosa monocromatica piana, la luce che l’attraversa è raccolta in un schermo distante, dove si osserva la diffrazione, in cui si alternano strisce chiare e scure. Le strisce scure si formano per angoli θ tali che soddisfino la formula della diffrazione

LA DIFFRAZIONE SI OSSERVA SOLO CON FENDITURE PICCOLISSIME?

La diffrazione non si verifica solo con piccole aperture e ostacoli, ma anche in corrispondenza dei bordi di un oggetto. Con un ostacolo circolare al centro dell’ombra si forma un punto di massima luminosità, punto di Poisson, dovuto all’interferenza costruttiva delle onde difratte sul bordo

THANKS

Christian Cardillo Asciolla Lorenzo Maria Moretta Alessandro Sussolano Ernesto Jan