Ottica ondulatoria

Fino ad adesso abbiamo considerato la luce nella sua rappresentazione di raggio lineare. Nella lezione introduttiva era stato ricordato però che essa può essere considerata più precisamente come radiazione elettromagnetica, ed è proprio di questo aspetto della luce che ci occuperemo in questa lezione.

Velocità della luce

La velocità della luce, cioè la velocità lineare con la quale il fronte d'onda avanza; nel vuoto è una costante universale, vale

$c=2,997925\cdot 10^{8}\ m/s$

Indice di rifrazione in funzione della lunghezza d'onda

Come anticipato nella lezione sulle leggi dell'ottica geometrica, la luce nei mezzi si muove a una velocità inferiore. L'esatta velocità dipende sia dalla natura del mezzo sia dalla lunghezza d'onda della radiazione elettromagnetica. In particolare il rapporto tra la velocità nel vuoto e nel mezzo è l'indice di rifrazione:

$n(\lambda )={\frac {c}{v(\lambda )}}$

Come si può vedere dal grafico, l'indice di rifrazione di uno stesso materiale diminuisce all'aumentare della lunghezza d'onda, rimanendo sempre comunque maggiore di 1.

Dispersione

Dispersione in un prisma

Proprio il fatto che l'indice di rifrazione cambia a seconda della lunghezza d'onda comporta notevoli conseguenze nel fenomeno della rifrazione. Dalla terza legge di Snell sappiamo che l'angolo con cui viene rifratto un raggio dipende dal rapporto tra gli indici di rifrazione: se questi però dipendono dalla lunghezza d'onda, onde con diversa lunghezza d'onda verranno rifratte con angoli diversi. Questo fenomeno è chiamato dispersione.

È a causa della dispersione che, ad esempio, si formano gli arcobaleni: la luce del sole, composta da numerose diverse lunghezze d'onda, viene rifratta dalle gocce d'acqua in direzioni diverse a seconda della lunghezza d'onda, così l'occhio percepisce le radiazioni di diversa lunghezza d'onda provenienti da direzioni diverse.

Sistema per la scomposizione di un raggio mediante dispersione

Nello studio dell'ottica il fenomeno della dispersione viene sfruttato per analizzare una radiazione nelle sue componenti: facendo passare un raggio sottile (ad esempio ottenuto facendo passare la luce per una fenditura) attraverso un prisma appositamente costruito, la radiazione viene rifratta e le lunghezze d'onda separate in diversi raggi, che possono essere visualizzati come diverse immagini della fenditura su uno schermo posto oltre il prisma. La sequenza delle immagini della fenditura è chiamata spettro.

Bibliografia

• Claudio Oleari e Andrea Peri. Schede di OTTICA. 2006.