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

VIDEO ESPERIMENTI

VIDEO REALIZZATI DAGLI ALUNNI DI 2Es e 2Fs DEL LICEO LEOPARDI MAJORANA DI PORDENONE
 
IMPLOSIONE DELLA LATTINA

Video ed esperimento realizzato da Lorenzo Pastrello della 2Es del Liceo Leopardi Majorana di Pordenone: Si prende una lattina e la si riempe con un po' di acqua. La si pone sopra la fiamma di un fornello per scaldarla . Quando si forma il vapore la si rovescia con l'apertura verso il basso immergendola in acqua fredda di una vaschetta. Il vapore interno condensa e lascia una depressione interna. La pressione atmosferica esterna prevale e schiaccia la lattina.

 
PEPE E SAPONE

Video ed esperimento realizzato da Poli Viviana della classe 2Es scientifico del liceo Leopardi Majorana di Pordenone: esperimento sulla tensione superficiale dell'acqua

PALLONCINI & PUNTINE

 Video realizzato da Poli Viviana della classe 2Es del Liceo Leopardi Majorana di Pordenone : esperimento sul significato di pressione.

TRAVASO DI LIQUIDI CON DIVERSA DENSITA'

 Esperimento eseguito da Giovanni Maria Gaborin della classe 2F scientifico del Liceo Leopardi Majorana di Pordenone: travaso di liquidi con diversa densità grazie alla forza di Archimede.

 

COME COSTRUIRE UN MOTORE ELETTRICO

 video realizzato da Altamura Elisa della 2FS del liceo scientifico Leopardi Majorana: come costruire un motorino elettrico con materiale povero.

 COME COSTRUIRE UN HOVERCRAFT

 Video realizzato da Margherita Morellato della classe 2Fs del liceo scientifico Leopardi Majorana di Pordenone: Come costruire un hovercraft in casa con materiale povero per dimostrare il moto di un corpo in assenza di attrito.

ESPERIMENTO CON CANNUCCE

Esperimento eseguito con materiale povero da Marco Lovisa della 1Es del Liceo Leopardi Majorana di Pordenone: propagazione delle onde trasversali.

ESPERIMENTO CON LA LAMPADA AL PLASMA

Esperimento con la lampada al plasma eseguito da Eleonora Cester della 1Fs del Liceo Leopardi Majorana di Pordenone

MOTO SENZA ATTRITO

Esperimento con materiale povero eseguito dall'alunno Luca Lombardo della 1Fs del Liceo Leopardi Majorana di Pordenone: sistema a cuscino d'aria privo di attrito.

Segue una seconda versione dello stesso esperimento realizzato da Lorenzo Sbuelz della 1F liceo scientifico del liceo Leopardi Majorana di Pordenone: 

DISCO SENZA ATTRITO

COME COSTRUIRE L'ELETTROMAGNETE 

Il video è realizzato da Alberto Biason della 1F scientifico del Liceo Leopardi Majorana di Pordenone: mostra la costruzione di un elettromagnete con un chiodo, una batteria e del filo di rame.

 SEMPLICI ESPERIMENTI SULLA PRESSIONE

 Video realizzato dall'alunna Alessandra Toffoli e Arianna Giaccari della 1E scientifico del Liceo "Leopardi Majorana" di Pordenone. Sono proposti esperimenti da realizzare in casa con materiale povero sulla pressione e i fluidi.

ACQUA CHE SALE

Segue il video realizzato da  Querin Alessandro della classe 1F scientifico del Liceo "Leopardi Majorana" di Pordenone. Argomento la pressione. 

VIDEO DEL 2015 2016

DA MAXWELL ALLA CRISI DELLA FISICA CLASSICA

Nel 1860 Maxwell scrisse quattro equazioni che riuscivano a spiegare tutti i fenomeni elettromagnetici. Dalle equazioni riuscì a dedurre l'esistenza delle onde elettromagnetiche: un campo magnetico variabile genera un campo elettrico variabile che a sua volta genera un campo magnetico variabile e così via con una propagazione di energia nello spazio. 
Qualche anno dopo riuscì a calcolare la velocità dello onde elettromagnetiche :

circa 300000 km/s. Questo risultato suscitò grande sorpresa perché coincideva con la velocità della luce ricavata sperimentalmente da Foucault qualche anno prima nel 1850.

esperimento di Foucault

Maxwell capì che la luce era solo un caso particolare di onda elettromagnetica. 
La naturale conseguenza fu il confluire dell'ottica nell'elettromagnetismo. Con poche equazioni si riuscivano a spiegare una gran parte dei fenomeni naturali: fenomeni elettrici, magnetici e ottici.

Un risultato simile, in termini di sintesi, fu ottenuto solo da Newton con le sue equazioni della dinamica.

Alla fine del 1800 si ebbe il trionfo della fisica classica . Tra i fisici dell'epoca si diffuse la convinzione che non ci fosse più nulla da scoprire come disse Laplace ad una conferenza tenuta a Parigi nel 1900.

 discorso tenuto da Laplace alla Conferenza di Parigi del 1900

Era solo questione di risolvere "piccoli dettagli marginali". Questo decretò il massimo successo del DETERMINISMO e MECCANICISMO.

In realtà i problemi dovevano ancora iniziare.

1) le onde elettromagnetiche avevano bisogno di un mezzo di propagazione come tutte le onde elastiche suono compreso? Problema dell'esistenza dell'ESISTENZA DELL'ETERE


2) Il problema del CORPO NERO , il modello atomico planetario, l'effetto fotoelettrico erano fenomeni che non si riuscivano a spiegare con la fisica classica.


Nasce così la fisica MODERNA con la fisica relativistica e la fisica quantistica e ci si accorge che c'era ancora molto da scoprire e da capire e che la conoscenza della realtà era limitata a un'immagine molto parziale cioè quella legata alle nostre percezioni umane. E' come se avessimo visto l'universo solo dal buco della serratura.

Roberto Battiston: La meccanica quantistica raccontata a chi non ne sa a...

Video lezione di Roberto Battiston assolutamente illuminante per chi vuole capire la fisica quantistica

LEGGI DELLA DINAMICA

Ricordiamo che la prima legge dice che:  "un corpo permane nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme se la risultante delle forze applicate è nulla.


Consideriamo un SISTEMA DI RIFERIMENTO INERZIALE .

Se ad un corpo si applica una forza risultante F non nulla , il corpo cambia il suo stato di moto ossia si muove cambiando velocità (modulo o direzione della velocità).

Questo significa che sicuramente deve accelerare visto che l'accelerazione è per definizione la variazione del vettore velocità nel tempo. 


II LEGGE: Se ad un corpo di massa m si applica una forza F, il corpo si muove di moto UNIFORMEMENTE ACCELERATO nella direzione della forza. Inoltre l'accelerazione è direttamente proporzionale alla forza applicata. 
La costante di proporzionalità è la MASSA INERZIALE e indicata con m. Possiamo esprimere la II legge con l'espressione:

Il moto è uniformemente accelerato con accelerazione diretta nella stessa direzione della risultante delle forze applicate.
La seconda legge si può anche esprimere in termini delle componenti cartesiane:

La massa esprime l'inerzia del corpo . Infatti a parità di forza accelera di più quello con minore massa: a=F/m

Attenzione : una forza perpendicolare alla direzione del moto o con una componente perpendicolare genera un'accelerazione centripeta responsabile della variazione della direzione del vettore velocità. Quindi anche il moto curvilineo è un MOTO ACCELERATO. 

F=ma

Quindi : F/a=costante=m 

In particolare se la risultante delle forze è nulla risulta a=F/m=0. Il moto è rettilineo uniforme o il corpo è fermo. (EQUILIBRIO)

Esempio più evidente è un corpo di massa m che sottoposto alla forza peso lo fa cadere con accelerazione g. F=ma diventa P=mg.

esempio: 

si applica la seconda legge sulla componente orizzontale:

F//=m a e quindi :

e poi si applica la legge del moto uniformemente accelerato:

v=at

[1,27m/s]

Segue una video lezione (Politecnico di Milano)

La massa inerziale è  una proprietà intrinseca dei corpi che esprime la loro INERZIA ossia la resistenza che in corpo oppone al cambiamento di stato.

Si indica con il termine di inerziale per distinguerla dalla massa GRAVITAZIONALE che è la proprietà dei corpi di attirare altri corpi.

Si dimostra sperimentalmente che la massa inerziale ha lo stesso valore della massa gravitazionale.
La TERZA LEGGE dice che se un corpo A agisce una forza F dovuta alla presenza di un corpo B ALLORA il corpo B risente di una forza -F uguale e contraria dovuta al corpo A.

Il classico esempio è quello di due calamite A e B. La forza che agisce su A è uguale e contraria alla forza che agisce su B. La seguente APP simula l'esperimento per la verifica della seconda legge:

  clicca qui

 clicca qui

Il  seguente video realizzato dall'Eni riassume in modo schematico ed efficace le tre leggi della dinamica:

Segue il video sempre dell'Eni sul concetto di massa inerziale e massa gravitazionale:

Segue un video in italiano dell'esa, dimostra le tre leggi della dinamica con semplici esperienze eseguite anche in assenza di gravità. 

 ESEMPIO : Applicazione della seconda legge alla carrucola:

 applet : seconda legge alla carrucola

UNA APP PER APPLET DI FISICA

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. Molto utile per biennio scientifico.Sono suddivise per argomento: Meccanica, gravitazione, onde...