RIPASSO DI DINAMICA: GIOCA CON JEOPARDY

JEOPARDY è un gioco tipo quiz a squadre famoso negli Stati Uniti. Si formano le squadre con un capitano . Inizia la squadra X scelta a caso e sceglie uno dei cinque argomenti proposti e il livello espresso in Y dollari. Ha tempo un minuto per rispondere. Intanto le altre squadre si possono prenotare consegnando un biglietto con la risposta. Se la squadra X  risponde correttamente vince il premio di Y dollari e prosegue scegliendo un nuovo quesito altrimenti perde Y dollari  e si controllano le risposte delle squadre prenotate. La squadra prenotata che ha risposto correttamente vince Y dollari e continua il gioco. Segue un esempio di gara con quesiti di fisica per un ripasso del secondo anno di liceo scientifico. clicca qui

LEGGE DI SNELL DELLA RIFRAZIONE

La velocità della luce nel vuoto è c=300 000 km/s. La velocità della luce v dipende dal mezzo ed è sempre inferiore a c.

Per questo motivo si definisce l'INDICE DI RIFRAZIONE del mezzo come RAPPORTO tra la velocità c nel vuoto e la velocità nel mezzo:

L'indice di rifrazione è sempre maggiore o uguale a 1. Ad esempio per l'acqua vale 1,33 e per il vetro ha un valore compreso tra 1,5 e 1,6. In generale si dice che un mezzo ha maggiore densità ottica di un altro se il suo indice di rifrazione è maggiore.

Per la luce vale il fenomeno di RIFLESSIONE e quello di RIFRAZIONE.
LA RIFLESSIONE : L'angolo di incidenza è uguale all'angolo di riflessione. Il raggio incidente, la perpendicolare e il raggio riflesso appartengono allo stesso piano.

LA RIFRAZIONE: Un raggio di luce che cambia mezzo di propagazione viene in parte deviato cioè rifratto.  Passando da un mezzo meno denso, dove la luce è più veloce,  a uno più denso dove la luce è più lenta, il raggio di luce si AVVICINA alla perpendicolare alla superficie di separazione. 
Se passa dal mezzo più denso a quello meno denso si allontana dalla perpendicolare.

Il prodotto dell'indice di rifrazione e del seno dell'angolo che il raggio di luce forma con la perpendicolare rimane lo stesso.
NB: Generalmente la rifrazione si accompagna alla riflessione. Ad esempio quando un raggio di luce incide una lastra di vetro una parte di luce è riflessa e una parte è rifratta.

Segue un video su semplici esperimenti da fare in casa sulla rifrazione:

utile applet per sperimentare la rifrazione cambiando i mezzi di propagazione. CLICCA QUI

applet per sperimentare la rifrazione

ATTENZIONE : Quando un raggio di luce incontra la superficie di separazione tra due mezzi viene in parte riflessa e in parte rifratta.
Quindi la rifrazione avviene sempre insieme alla riflessione.

LA RIFLESSIONE TOTALE

Quando un raggio di luce passa da un mezzo più denso ad uno meno denso, il raggio rifratto si allontana dalla normale. Aumentando l'angolo il raggio si allontana sempre di più dalla normale e ad un certo punto non è più rifratto ma viene riflesso. L'angolo LIMITE è l'angolo d'incidenza tale che l'angolo rifratto è 90°. Se l'angolo d'incidenza è maggiore dell'angolo limite si ha riflessione.

esperimento di riflessione totale con laser

Per calcolare l'angolo limite tra il mezzo 1 e l'aria si pone

  

Nella fibbra ottica il raggio di luce interno incide con un angolo sempre maggiore all'angolo limite . Viene così continuamente riflesso internamente alla fibbra.

ESERCIZI:
ESEMPIO:  un raggio ingide la superficie della piscina con un angolo di 45°. Quanto vale l'angolo di rifrazione? n=1,33 dell'acqua [32°7']

PROBLEMA: Il faro di una barca è utilizzato per illuminare di notte una cassa affondata .
Con quale angolo di incidenza  deve essere orientato il faro per illuminare la cassa? [44°]

Il seguente video spiega le ragioni della rifrazione della luce dovuta al rallentamento della luce quando entra nel mezzo più denso facendo una analogia con una banda musicale che camminando passa da una zona asfaltata ad una zona sterrata.

Videolezione in inglese sulla rifrazione

LENTI CONVERGENTI E LENTI DIVERGENTI

Il funzionamento delle lenti si basa sul fenomeno della RIFRAZIONE DELLA LUCE che consiste nella deviazione che un raggio di luce subisce quando cambia mezzo di propagazione ed è spiegato dalla LEGGE DI SNELL:



dove ni e nr sono gli indici di rifrazione dei due mezzi definiti come il rapporto della velocità della luce nel vuoto e quella nel mezzo: n=c/v

Ad esempio: 
acqua : 1,33
vetro: 1,4-1,5

applet legge di Snell

Esistono due tipi di lenti: LENTI CONVERGENTI E DIVERGENTI:



Nella lente convergente i raggi paralleli all'asse convergono in un punto detto FUOCO.

Nella lente divergente sono i prolungamenti dei raggi rifratti che convergono nel primo fuoco

IMMAGINI CON LENTI CONVERGENTI (sottili)

Ad esempio: lenti d'ingrandimento



f= distanza focale

p=distanza dell'oggetto

q= distanza dell'immagine

REGOLE:

1) ogni raggio parallelo all'asse della lente è RIFRATTO sul fuoco F

2) ogni raggio che passa per il centro O della lente non viene rifratto e quindi prosegue dritto

3) ogni raggio passante per il fuoco F' viene rifratto parallelo all'asse della lente




La convergenza dei raggi individuano l'immagine A'B' che può essere diritta o capovolta, ingrandita o rimpiciolita a seconda della posizione dell'oggetto .

1°caso: p>2f
L'IMMAGINE è: 
1) REALE    2)capovolta  3) rimpicciolita

2°caso: f<p<2f 

L'IMMAGINE è: 
1) REALE    2)capovolta  3) ingrandita

3°caso: p<f
L'IMMAGINE è: 
1) VIRTUALE    2)dritta  3) ingrandita

IMMAGINI CON LENTI DIVERGENTI:

Ad esempio: lenti dello spioncino della porta



REGOLE:

1) ogni raggio parallelo all'asse della lente è RIFRATTO e il suo prolungamento dalla parte dell'immagine passa sul fuoco F

2) ogni raggio che passa per il centro O della lente non viene rifratto e quindi prosegue senza subire deviazioni

3) ogni raggio passante per il fuoco F' viene rifratto parallelo all'asse della lente

L'immagine di una lente divergente è SEMPRE VIRTUALE  DRITTA e RIMPICCIOLITA

Questo video (in INGLESE) spiega con animazioni molto efficaci le proprietà delle lenti:

APPLET per lo studio delle lenti sottili (CLICCA SULL'IMMAGINE)

ESEMPI (per lente convergente)



LEGGE DEI PUNTI CONIUGATI per le LENTI





NB: Nel caso di lenti divergenti f e q sono NEGATIVI


per definizione 1/f= potere diottrico


L'ingrandimento è dato dal rapporto tra l'altezza dell'immagine e quella dell'oggetto e per la similitudine dei triangoli si può anche scrivere:




Esercizio : una candela è posta a 10 cm da una lente divergente con distanza focale di 2cm. Determinare la posizione dell'immagine. [1,67cm davanti alla lente]


Il video (in INGLESE)spiega come disegnare l'immagine di una lente convergente e mostra come si può verificare sperimentalmente con una lente d'ingrandimento:

Il seguente video (in INGLESE) spiega come costruire l'immagine di una lente

ESERCIZI E ALTRO MATERIALE

Esperimenti con lenti recuperate