Il documento esplora le proprietà delle onde elettromagnetiche e la luce, definendo i corpi luminosi e illuminati, e le loro interazioni. Viene discusso il comportamento della luce, come la riflessione e la rifrazione, e le teorie sul suo modello, tra cui quello corpuscolare di Newton e quello ondulatorio di Huygens. Si accenna anche all'importanza dell'arte e delle ombre, sottolineando il contributo di artisti come Caravaggio e Martinelli nella rappresentazione artistica della luce e delle ombre.

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LUCE
Quando guardiamo la televisione, telefoniamo, ascoltiamo la radio ecc. utilizziamo onde elettromagnetiche.
Le onde elettromagnetiche sono perturbazioni del campo elettrico e del campo magnetico che si
propagano nella materia e nel vuoto trasportando energia.
La luce è un’onda elettromagnetica trasversale perché si propaga perpendicolarmente al campo elettrico e
al campo magnetico.
Qualsiasi oggetto che emette luce visibile è chiamato corpo luminoso.
L’oggetto che riceve luce è chiamato corpo illuminato.
SUONO LUCE
È un’onda meccanica elastica È un’onda elettromagnetica
Può essere rilevata dal nostro sistema uditivo Può essere rilevata dal nostro sistema visivo
Si propaga solo quando c’è l’aria, attraverso la
rarefazione e compressione dell’aria
Si propaga nella materia e nel vuoto trasportando
energia
Per essere udibile, deve avere una frequenza tra 20
e 20000 Hz
Per essere visibile, deve avere una frequenza
compresa tra 4x1014
Hz e 8x1014
Hz
Per essere udibile deve avere una velocità di 331,4
ms
Per essere visibile deve avere una velocità di
C= 3x108
ms.
Questo è il motivo per cui noi vediamo prima il lampo e poi sentiamo il tuono.
ARTE
Nel disegno e nella pittura la corretta rappresentazione delle ombre è fondamentale per ottenere un
effetto tridimensionale realistico. Le figure colorate in modo uniforme appaiono irrimediabilmente
"piatte".
Il contrasto tra luce ed ombra può essere usato anche per conferire drammaticità ad una scena. Un
maestro indiscusso di questa tecnica è stato il Caravaggio. (La vocazione di San Matteo)
Oltre che in pittura, le ombre vengono anche utilizzate in Cina come forma d'arte; le ombre cinesi.
L'arte delle "ombre cinesi" consiste nell'imitare l'ombra di un qualsiasi oggetto e/o essere vivente
utilizzando il corpo proiettando l'ombra su una superficie piana illuminata. Mettendo il proprio

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corpo tra la fonte luminosa e la superficie si genera un'ombra che alla mente umana appare come
un'immagine con un significato. In genere questa pratica si svolge con un'unica fonte luminosa per
generare un'unica ombra.
Nell'arte contemporanea, Mario Martinelli viene definito l'artista dell'ombra. Queste ombre hanno
un particolare rapporto con gli edifici: a differenza delle sculture non occupano spazio e a
differenza dei quadri non bendano il muro, ma sono una sorta di graffiti plastici che lo abitano con
leggerezza e trasparenza. Come scrisse della sua opera Pierre Restany, "l'ombra-in-rete che
racchiude il vuoto lasciato dall'ombra svanita nasce dall'ombra del corpo ma si carica di tale forza di
presenza che diventa il corpo dell'anima". Tra le ombre-in-rete più conosciute sono da ricordare il
David di Michelangelo (Toronto, 2004)
Tutti i corpi irraggiano energia nello spazio sotto forma di onde elettromagnetiche, alle basse temperature
prevalgono le radiazioni infrarosse. Se i corpi sono riscaldati oltre gli 800°C la loro emissione comprende
anche una percentuale di luce visibile.
Per spiegare i fenomeni luminosi ci si basa sul modello geometrico della luce che è caratterizzato da due
proprietà:
 La luce in un mezzo trasparente e omogeneo si propaga in linea retta
 La luce viene rappresentata mediante raggi luminosi schematizzati tramite segmenti rettilinei
La propagazione rettilinea della luce ha una conferma nel fenomeno dell’eclissi.

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Una conferma sperimentale della propagazione rettilinea della luce è data dalla formazione delle ombre.
Se illuminiamo con una sorgente puntiforme un corpo opaco, su uno schermo che si trova al di là
dell’oggetto si forma una zona d’ombra dai confini netti.
Infatti a causa della propagazione rettilinea della luce in quell’area non giunge nessun raggio luminoso in
quanto sono tutti intercettati dal corpo.
Se la luce è emessa da un corpo esteso si ha anche una zona di penombra.

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Verso la fine del XVII secolo furono avanzate due proposte alternative della luce.
1) Il modello corpuscolare di Isaac Newton: la luce è un flusso di particelle microscopiche, detti
corpuscoli, che vengono emesse da sorgenti luminose.
2) Il modello ondulatorio di Christian Huygens: la luce è un’onda simile alla onde che si propagano
dell’acqua e alle onde sonore.
VALIDITÀ DELLE DUE TEORIE:
Fin dall’inizio dell’800, gli scienziati ritenevano valido il modello corpuscolare, perché descriveva in
modo efficace la formazione delle ombre nette e la riflessione della luce.
Sono comunque valide entrambi. Con il fenomeno della riflessione possiamo rappresentare
entrambi i modelli.
La diffrazione conferma il modello ondulatorio:
- Modello ondulatorio: la luce attraversa la fessura e crea sullo schermo una serie di frange luminose
alternate a zone scure.

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-
- Modello corpuscolare: sullo schermo si forma una sola striscia di luce circondata da due zone
d’ombra.
Nel 1905 Albert Einstein scopri che la luce, quando incide un metallo provoca l’emissione di elettroni
(effetto fotoelettrico) si comporta come se fosse costituita da una pioggia di particelle i fotoni.
RIFLESSIONE DELLA LUCE
Quando un raggio di luce colpisce una superficie riflettente, nel punto di incidenza si origina un raggio
riflesso.
Consideriamo il seguente DISEGNO
LEGGI DELLA RIFLESSIONE
Superficie riflettente
r
Raggio incidente i Raggio riflesso r
Normale alla superficie riflettente n

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 Il raggio incidente, il raggio riflesso e la normale alla superficie riflettente appartengono allo stesso
piano
 L’angolo di incidenza è uguale all’angolo riflesso
La riflessione di un fascio di luce che è formato da raggi paralleli dipende dalle caratteristiche della
superficie riflettente.
Se la superficie è piana e ben levigata i raggi riflessi sono paralleli fra loro
Se la superficie è scabra, cioè presenta avvallamenti e asperità, i raggi riflessi hanno direzioni diverse, si ha
una riflessione diffusa.
i1 R1
i2 R2
i1
r1
i2
r2
I3
r3

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Noi vediamo un corpo quando i raggi luminosi provenienti da esso raggiungono i nostri occhi.
Se il raggio incidente è perpendicolare coincide con il raggio riflesso.
SPECCHIO PIANO

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I raggi riflessi sono divergenti, ma i loro prolungamenti oltre lo specchio si intersecano nel punti 𝐴 ′
𝐴 ′
è un immagine virtuale perché ottenuta come intersezione dei prolungamenti geometrici dei raggi
riflessi.
𝐴 ′
è simmetrico di A rispetto allo specchio.
Per ottenere in modo immediato l’immagine virtuale di un punto P rispetto ad uno specchio piano basta
costruire il suo simmetrico rispetto allo specchio piano
L’immagine di un oggetto, riflesso da uno specchio piano, è virtuale, diritta e con le stesse dimensioni
dell’oggetto. Lo specchio è asse di simmetria tra l’oggetto e la sua immagine
A
B
𝐴′
𝐵′
𝑟𝑟1
𝑟𝑖1
𝑟𝑖2
𝑟𝑟2

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SPECCHI SFERICI
CONVESSI: superficie riflettente esterna
ESEMPI di specchi convessi sono: specchi delle macchine con i quali si visualizza un’ampia porzione di
strada la cui immagine risulta diritta e rimpicciolita. Gli specchi degli incroci stradali sono convessi perché
anche allontanando l’immagine questa non si deforma come negli specchi concavi

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Nello specchio convesso i raggi riflessi divergono, ma i loro prolungamenti si intersecano nel fuoco che è
virtuale e non vi è nessuna energia associata ad esso 𝑉𝐹 = −
1
2
𝑟 Il segno meno è dovuto al fatto che il
fuoco si trova dietro allo specchio
CONCAVI superficie riflettente interna

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ESEMPI: Gli specchietti del trucco, l’immagine è diritta e ingrandita a pochi centimetri dagli occhi,
allontanando lo specchio l’immagine si deforma.
α l’angolo di apertura per semplicità è preso piccolo
PROPRIETA’
 In uno specchio concavo se i raggi incidenti sono paralleli all’asse ottico e vicini ad esso, detti
parassiali, allora i raggi riflessi si intersecano in un punto detto fuoco giacente sull’asse. In esso si
concentra tutta l’energia luminosa dei raggi riflessi
 In uno specchio concavo se i raggi incidenti passano per il fuoco allora i raggi riflessi sono paralleli
all’asse ottico
 In uno specchio concavo se i raggi incidenti passano per C anche i raggi riflessi passano per C
Infatti il raggio incidente che passa per C è un raggio quindi perpendicolare allo specchio e pertanto
anche il raggio riflesso è perpendicolare allo specchio di conseguenza ha la stessa direzione del
raggio incidente.
VF=
1
2
𝑟 VF si chiama distanza focale
COSTRUZIONE DELL’IMMAGINE RIFLESSA DA UNO SPECCHIO SFERICO CONCAVO

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p=BV distanza
dell’oggetto da V
q=𝐵′
𝑉 distanza
dell’immagine da v

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RIFRAZIONE
I raggi luminosi si propagano in linea retta fino a quando non attraversano la superficie di separazione fra
due mezzi trasparenti diversi, dove subiscono la rifrazione. Il raggio luminoso è rettilineo sia nell’aria che
nell’acqua. Sulla superficie dell’acqua si forma un raggio riflesso, che forma un angolo con la normale
uguale a quello che forma l’angolo incidente, mentre il raggio rifratto, che prosegue nell’acqua ha una
direzione diversa rispetto al raggio incidente.
aria
acqua
Raggio riflesso
Raggio incidente
Raggio rifratto

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aria
Raggio rifratto
acqua Raggio riflesso
Raggio incidente
Nel passaggio dall’aria all’acqua l’angolo del raggio rifratto è minore dell’angolo del raggio incidente.
Nel passaggio dall’acqua all’aria l’angolo del raggio rifratto è maggiore dell’angolo del raggio incidente.
L’ampiezza dell’angolo di rifrazione rispetto a quello di incidenza dipende dalla velocità della luce nel
mezzo. Nel mezzo in cui la velocità della luce è maggiore il raggio forma un angolo maggiore con la normale
alla linea di separazione. Nel vuoto la luce si propaga con una velocità maggiore che nei mezzi trasparenti.
Si dice indice di rifrazione n di un mezzo il rapporto fra la velocità della luce con cui la luce si propaga nel
vuoto e nel mezzo 𝑛 =
𝑐
𝑣
𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎 = 1,0003 𝑛𝑎𝑐𝑞𝑢𝑎 = 1,33 𝑛𝑣𝑒𝑡𝑟𝑜 = 1,52 l’indice di rifrazione del vetro dipende dalla
composizione dello stesso . n è adimensionale perché è dato dal rapporto di due velocità ed è sempre
maggiore di 1 perché c>v. L’indice di rifrazione dell’aria si approssima a 1 perché la velocità della luce
nell’aria è quasi uguale a quella nel vuoto.
LEGGI DELLA RIFRAZIONE

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1. Il raggio incidente, il raggio rifratto e la normale alla superficie di separazione dei due mezzi, nel
punto di incidenza appartengono allo stesso piano.
2. Il rapporto tra il seno dell’angolo di incidenza e il seno dell’angolo di rifrazione è costante e pari al
rapporto tra l’indice di rifrazione del secondo mezzo e quello del primo mezzo
sin𝑖̂
sin𝑟̂
=
𝑛2
𝑛1
=
𝑐
𝑣2
⁄
𝑐
𝑣1
⁄
=
𝑣1
𝑣2
CERCA IN GOOGOL DIMOSTRAZIONE LEGGE SNELL E RIFLESSIONE TOTALE
LA RIFLESSIONE TOTALE
Consideriamo un raggio di luce che si propaga in un blocco di vetro. Poiché l’indice di rifrazione del vetro è
maggiore di quello dell’aria, il raggio rifratto si allontana dalla perpendicolare. Oltre al raggio rifratto si
forma anche un debole raggio riflesso dentro il vetro.

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Aumentando l’angolo di incidenza anche l’angolo di rifrazione aumenta l’angolo e il raggio rifratto nell’aria
si avvicina sempre più alla superficie di separazione.
Esiste un angolo detto angolo limite per cui il raggio rifratto è radente alla superficie di separazione. Per
angoli di incidenza maggiori il raggio rifratto manca e c’è solo il raggio riflesso.
Si chiama angolo limite quel valore dell’angolo di incidenza a cui corrisponde un angolo di rifrazione di 90°.
L’energia luminosa che, per angoli minori o uguali di quello limite, era suddivisa tra raggio rifratto e raggio
riflesso, confluisce tutta nel raggio riflesso dentro il vetro. E’ questo il fenomeno della riflessione totale.
La riflessione totale è utilizzata nelle fibre ottiche.
aria
vetro
Angolo limite