Cos’è la luce: fisica della luce
Onde elettromagnetiche
La luce è la sensazione prodotta sull’occhio umano da onde elettromagnetiche. Un’onda elettromagnetica è generata da oscillazioni di campi elettrici e magnetici.
le onde elettromagnetiche sono caratterizzate da:
- La lunghezza d’onda λ (è lo spazio percorso dall’onda durante un periodo T)
- Il periodo T è la durata di una oscillazione
- Frequenza: numero di oscillazioni al secondo
l’onda può essere caratterizzata mediante la sua lunghezza d’onda o mediante la sua frequenza.
(Chiaramente, minore è la frequenza maggiore è la lunghezza d’onda.)
Fronte d’onda
Quando un sasso cade in uno stagno piatto e calmo, provoca delle onde sull’acqua che si trasmettono su una superficie bidimensionale
L’effetto visivo è quello di cerchi concentrici che, a partire dalla sorgente, si allargano sulla superficie con la velocità di propagazione dell’onda.
Se il mezzo è isotropo (cioè ha le stesse proprietà in ogni direzione dello spazio) tutti i punti alla stessa distanza dalla sorgente sono investiti contemporaneamente dall’onda e si muovono in sincronia o in fase tra di loro.
I raggi di propagazione sono tutte le semirette della superficie che escono dal punto di impatto (sorgente dell’onda).
L’insieme di questi punti costituisce un fronte d’onda. Per un’onda che si propaga in uno spazio bidimensionale isotropo a partire da una sorgente puntiforme, i fronti d’onda saranno circonferenze concentriche. Tutti i punti che appartengono ad uno stesso fronte d’onda vibrano in fase tra loro.
La distanza tra due fronti d’onda successivi è la lunghezza d’onda. I raggi di propagazione sono sempre perpendicolari ai fronti d’onda.
Fronte d’onda sferico
Se la propagazione avviene nello spazio tridimensionale i raggi di propagazione sono tutte le semirette che hanno origine nella sorgente ed i fronti d’onda sono superfici sferiche concentriche. Allontanandosi dalla sorgente il fronte d’onda sferico diminuisce gradualmente la sua curvatura; a grandi distanze si può parlare di fronti d’onda piani o, più brevemente, di onda piana.
Fronte d’onda piana
In fisica matematica, un’onda piana è un’onda a frequenza costante i cui fronti d’onda sono infiniti piani paralleli perpendicolari alla direzione di propagazione, e la cui distanza picco-picco è costante.
Il sole è una sorgente di onde luminose molto distante dalla Terra: la luce si propaga in tutto lo spazio e la parte di essa che raggiuge la Terra può considerarsi un’onda piana; per lo stesso motivo si considerano i raggi solari tutti paralleli tra di loro.
Lo spettro della radiazione luminosa
La gamma delle onde elettromagnetiche è molto estesa: si va dalle onde radio, con lunghezze d’onda di parecchi chilometri, a onde con lunghezze di miliardesimi di centimetro.
Le onde luminose sono quelle capaci di eccitare il nostro senso della vista
Le onde luminose occupano una parte molto piccola dello spettro dai 380-400 nm (nanometri = miliardesimo di metro) del blu indaco ai 700-780 nm del rosso.
Statisticamente è stabilito che la sensibilità maggiore per l’occhio si situa al centro dello spettro, cioè a 550 nm (giallo-verde) nella visione diurna e a 510 nm nella visione serale.
Per vedere abbiamo bisogno che la radiazione luminosa abbia una certa energia, cioè una certa intensità. Le onde elettromagnetiche portano con sé una sorta di particelle, di massa nulla, chiamate fotoni (*) e dotate di un quanto (**)di energia proporzionale alla frequenza dell’onda. Per percepire un balenio potrebbero bastare pochi quanti, ma I livelli di illuminazione con cui abitualmente operiamo richiedono quantità molto maggiori.
Per misurarle si utilizzano le grandezze fotometriche.
(*) Fotone: Il fotone è il quanto di energia della radiazione elettromagnetica. Storicamente chiamato anche quanto di luce, fu introdotto all’inizio del XX secolo, quando si capì che in un’onda elettromagnetica l’energia è distribuita in pacchetti discreti e indivisibili
(**) Quanto: In fisica il quanto (dal latino quantum che significa quantità) è la quantità elementare discreta e indivisibile di una certa grandezza. Per estensione il termine è a volte utilizzato come sinonimo di particella elementare associata a un campo di forze
