Riflessione e rifrazione della luce: in cosa consistono ed esempi
La riflessione e la rifrazione della luce sono due fenomeni fisici che un raggio di luce può sperimentare. In riflessione, il raggio luminoso rimbalza su una superficie, mentre in rifrazione il raggio luminoso che passa da un mezzo all'altro cambia il suo angolo di propagazione.
| Riflessione di luce | Rifrazione della luce | |
|---|---|---|
| Definizione | Fenomeno ottico in cui il raggio di luce rimbalza quando incontra un materiale. | Fenomeno ottico in cui il raggio di luce cambia direzione quando passa attraverso un mezzo di diversa densità. |
| Componenti (modifica) | fulmine incidente |
fulmine incidente |
| Metà | Si verifica nello stesso mezzo | Si verifica al confine tra due mezzi di diversa densità |
| Legislazione |
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n1. peccato (α2) = n2. peccato (α2) |
| Caratteristiche |
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| Esempi | Caleidoscopio |
Doppia immagine negli acquari |
Cos'è il riflesso della luce?
Il riflesso della luce è il fenomeno che si verifica quando si ha la sensazione che un raggio di luce rimbalzi su una superficie.
Quello che accade in realtà è che il raggio di luce viene restituito quando si scontra con un mezzo diverso da quello in movimento, come accadrebbe quando un pallone viene calciato contro un muro.
Nel riflesso della luce puoi distinguere il raggio originale o fulmine incidente e il raggio che viene restituito raggio riflesso. Nel punto in cui i raggi incidente e riflesso si incontrano, viene tracciata una linea immaginaria perpendicolare alla superficie, nota come normale.
Tra il raggio incidente e la normale si forma l'angolo di incidenza, e tra la normale e il raggio riflesso si forma l'angolo di riflessione. Pertanto, la direzione in cui la luce viene riflessa dipende dalla forma della superficie riflettente e dalla direzione del raggio incidente.
La luce ha una frequenza d'onda e una velocità uguali sia nel raggio incidente che in quello riflesso. Tuttavia, l'intensità della luce riflessa è inferiore alla luce incidente.
Leggi di riflessione della luce
Le leggi della riflessione della luce spiegano la propagazione del raggio luminoso quando viene restituito. Ci sono due leggi:
- prima legge: il raggio incidente, la normale alla superficie incidente e il raggio riflesso sono sullo stesso piano.
Seconda legge: l'angolo di incidenza α e l'angolo di riflessione β sono uguali. Se l'angolo di incidenza è pari a 30°C, l'angolo di riflessione è pari a 30°C. Se la luce è incidente perpendicolarmente, l'angolo di incidenza e l'angolo di riflessione sono pari a 0°C, quindi la luce verrà riflessa invertendo il senso di propagazione.
Esempi di riflessione della luce
La riflessione della luce si verifica in natura in molte situazioni e con varie applicazioni.
Forno solare
In molti luoghi la luce del sole viene utilizzata per cucinare, attraverso forni solari, progettati con superfici curve lucide che riflettono e concentrano i raggi in una piccola area.
Il Centro nazionale francese per la ricerca scientifica ha costruito una fornace solare a Odeillo per studiare le proprietà dei materiali in ambienti ad alta temperatura solare. Questo forno si basa sulla concentrazione dei raggi solari per riflessione, raggiungendo 1000 kilowatt per metro quadrato.
Immagine speculare
Uno specchio è una superficie liscia dove i raggi di luce rimbalzano e un'immagine è formata dal riflesso della luce. Gli specchi più comuni sono specchi piani realizzati da un pezzo di vetro ricoperto su un lato con nitrato d'argento o di alluminio.
Caleidoscopi
Un caleidoscopio è uno strumento ottico costituito da un tubo con specchi interni e pezzi di vetro colorato. Quando il caleidoscopio viene ruotato, si formano figure dai vari motivi multicolori come risultato del riflesso della luce all'interno del giocattolo.
Riflessione interna totale
La riflessione interna totale è una riflessione speciale che può essere osservata nelle gemme, come i diamanti. In questo caso la luce entra nel diamante con un'inclinazione tale che i raggi si riflettono all'interno del cristallo, facendo rimbalzare i raggi contro le facce interne.
alone solare
A volte possiamo vedere un cerchio diffuso che circonda il sole. Questo è prodotto dal riflesso della luce solare sulla superficie delle goccioline d'acqua che galleggiano nell'atmosfera.
Qual è la rifrazione della luce?
La rifrazione della luce si verifica quando la luce passa da un mezzo all'altro. È il fenomeno che spiega perché un oggetto dritto sembra piegato quando lo mettiamo in acqua. Il raggio di luce viene deviato quando passa su un mezzo diverso da quello da cui proviene.
La rifrazione della luce avviene sulla superficie di separazione dei mezzi di differente densità come aria e acqua, o aria e vetro, che influenza la velocità di propagazione di affects la luce. La deviazione dalla direzione di propagazione sarà tanto maggiore quanto maggiore sarà la differenza nella velocità di propagazione nei due mezzi.
Nella rifrazione della luce si distinguono raggio incidente e raggio rifratto. L'angolo di incidenza si forma tra il raggio incidente e la retta normale. Mentre tra il raggio rifratto e la normale si forma l'angolo di rifrazione.
Ogni mezzo ha un indice di rifrazione (n) che è il rapporto tra la velocità di propagazione della luce nel vuoto (c) e la velocità di propagazione della luce in quel mezzo (v):
n = c / v
L'indice di rifrazione è inversamente proporzionale alla velocità della luce nel mezzo; cioè, maggiore è l'indice di rifrazione, minore è la velocità di propagazione e viceversa. Quindi, per vetro, acqua e plastica è maggiore di 1; non ha unità, poiché è una relazione tra velocità.
La rifrazione della luce può verificarsi contemporaneamente alla riflessione. Ad esempio, se la luce cade su una faccia di un mattone di vetro, viene riflessa e rifratta al confine tra vetro e aria.
Leggi della rifrazione (legge di Snell-Descartes)
Le leggi della rifrazione spiegano come si verifica questo fenomeno. Fu il fisico e matematico Christiaan Huygens a dedurre queste leggi che si riassumono in:
- prima legge: il raggio incidente sulla superficie di separazione di due mezzi, la normale alla superficie nel punto di incidenza e il raggio rifratto sono sullo stesso piano.
- Seconda legge: gli indici di rifrazione n1 e n2, l'angolo di incidenza α1 e l'angolo di rifrazione α2 sono legati dalla seguente espressione:
n1. peccato (α2 ) = n2. peccato (α2)
Quando la luce è incidente perpendicolarmente (angolo di incidenza uguale a 0) non c'è deflessione della luce, cioè il raggio incidente segue il suo percorso lineare.
Esempi di rifrazione della luce
La rifrazione della luce spiega molti dei fenomeni che incontriamo nella nostra vita quotidiana. Diamo un'occhiata ad alcuni esempi.
La paglia discontinua
Quando un oggetto dritto, come una matita o una cannuccia, viene inserito in un bicchiere d'acqua o altro liquido, sembra rompersi.
Doppia immagine nei serbatoi dell'acqua
L'acqua ha un indice di rifrazione diverso dall'aria. Quindi, quando vediamo oggetti o esseri all'interno di un acquario, possiamo vedere più di un'immagine.
Rifrattometria
L'indice di rifrazione di una sostanza viene utilizzato per indicare la concentrazione di alcuni composti. Per questo si usa uno strumento chiamato rifrattometro, dove si mettono alcune gocce della soluzione su una superficie prismatica e si misura l'angolo di rifrazione.
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