Strumenti Utente

Strumenti Sito


fisica:strumenti:kit_ottica_lenti_virgilio

LAB2GO Scienza

Ottica geometrica, Kit

Descrizione

Il seguente kit serve per compiere diverse esperienze di ottica. Nell'immagine qui riportata possiamo notare diverse lenti, specchi e solidi trasparenti.

Una lente è un elemento ottico che ha la proprietà di concentrare o di far divergere i raggi di luce. Grazie a questa proprietà può formare immagini, reali o “virtuali”, di oggetti.

Normalmente è realizzata in vetro o materiali plastici. Esistono anche dispositivi analoghi, che operano su altre bande dello spettro elettromagnetico o altre forme di radiazione, comunque chiamati lenti. l tipo più comune è rappresentato dalle lenti sferiche, caratterizzate dall'avere le due superfici opposte costituite idealmente da porzioni di superfici sferiche con raggi di curvatura R1 e R2.

Il segno di R1 determina la forma della superficie: se R1 è positivo la superficie è convessa, se negativo la superficie è concava, se R1 è infinito la superficie è piatta.

Lo stesso vale per la superficie opposta lungo il cammino ottico, ma con i segni invertiti. La linea passante per i centri delle sfere ideali e generalmente passante anche per il centro geometrico della lente è detta asse.

Le lenti sono classificate secondo la curvatura delle due superfici (dette diottri):

-biconvessa o semplicemente convessa se entrambe sono convesse,

-biconcava o concava se entrambe sono concave,

-piano-convessa se una è piatta e l'altra convessa,

-piano-concava se una è piatta l'altra è concava,

-concavo-convessa se sono una concava e una convessa.

Nell'ultimo caso, se le superfici hanno uguale raggio la lente si definisce menisco, anche se il termine è anche usato per indicare una generica lente concavo-convessa.

Il primo in alto a sinistra è un trapezio rettangolo. Accanto a questo c'è una lente apparentemente cava: questa serve per esperienze di rifrazione con l'acqua. Riempiendo alcune delle sezioni si ottengono lenti “d'acqua” di due tipi: concave e convesse. Si può ottenere anche l'effetto inverso inserendo le lenti cave in acqua in modo da creare lenti “d'aria”. In alto a destra e in basso a sinistra ci sono due prismi di plexiglas di diverse dimensioni. Al centro c'è uno strumento metallizzato. Un insieme di specchi di 3 tipi: concavi, convessi e piani. In basso a destra ci sono due lenti, una concava e una convessa.

La legge della riflessione totale

Quando la luce passa da un mezzo con indice di rifrazione maggiore a un mezzo con indice di rifrazione minore (per esempio dall’acqua all’aria), il raggio rifratto si allontana dalla normale.

Quando aumenta l’angolo di incidenza, aumenta anche l’angolo di rifrazione. Quando l’angolo di incidenza raggiunge un certo valore, chiamato angolo limite θL, l’angolo di rifrazione è di 90°. In questo caso il raggio rifratto è radente alla superficie di separazione.

Quando l’angolo di incidenza è maggiore dell’angolo limite, il raggio rifratto manca: tutta la luce incidente viene riflessa all’interno del mezzo da cui proveniva. Questo fenomeno è chiamato riflessione totale.

Per ottenere il valore dell’angolo limite imponiamo che l’angolo di rifrazione sia Per ottenere il valore dell’angolo limite imponiamo che l’angolo di rifrazione sia θ2=90°; dalla legge della rifrazione n1 sen θ1=n2 sen 90° otteniamo n1 sen θ1=n2, quindi l’angolo limite θL è tale che è:

sen θL = n2/n1 (n2 < n1)

I brillanti, gemme che si ottengono sfaccettando i diamanti grezzi, sono famosi per lo scintillio che producono quando sono colpiti dalla luce. Per ottenere questo effetto le facce del brillante sono tagliate ad angoli tali che la quasi totalità dei raggi di luce all’interno subiscono riflessione totale sul fondo del brillante e riemergono dalle facce superiori.

Molti strumenti ottici – come i binocoli, i periscopi e i telescopi – impiegano prismi - di vetro che provocano la riflessione totale per far ruotare di 90° o di 180° un fascio di luce. Un’importante applicazione della riflessione totale si trova nelle fibre ottiche, dove fili di vetro o di plastica sottili come capelli, chiamati appunto fibre ottiche, «guidano» la luce da un posto a un altro. Una fibra ottica è formata da un nucleo cilindrico interno, attraverso il quale viaggia la luce, e da una parete esterna concentrica al nucleo, chiamata mantello. Il nucleo è fatto di vetro o di plastica trasparente con un indice di rifrazione relativamente grande. Anche il mantello è fatto di vetro, ma di un tipo che ha un indice di rifrazione relativamente piccolo. La luce entra in un estremo del nucleo, colpisce la superficie di separazione nucleo-mantello con un angolo maggiore dell’angolo limite e perciò viene riflessa totalmente all’interno del nucleo. In questo modo la luce continua a viaggiare all’in- terno della fibra ottica seguendo un percorso a zig-zag. In una fibra ottica ben progettata l’assorbimento della luce da parte del nucleo è molto basso e quindi la luce può viaggiare per molti kilometri senza diminuire di intensità in quantità apprezzabili. Le fibre ottiche sono spesso raggruppate insieme in modo da formare dei cavi. Poiché le fibre sono sottilissime, anche i cavi di fibre ottiche sono molto sottili e flessibili e riescono a passare attraverso luoghi inaccessibili ai cavi metallici, che hanno un diametro molto maggiore. Inoltre la capacità di trasporto di informazioni delle fibre ottiche è migliaia di volte superiore a quella dei cavi elettrici.

fisica/strumenti/kit_ottica_lenti_virgilio.txt · Ultima modifica: 2019/09/23 14:30 (modifica esterna)