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esperienze
stUDiare la lUce
quanDo è ferma
Un esperimento di un secolo fa e alcune
semplici analogie permettono di
affrontare certi comportamenti della luce
in modo più facile e coinvolgente.
enrico pergheM
immaginare la luce come un insieme
di onde che si propagano, e che
oltretutto corrispondono a misteriose
entità quali campo elettrico e campo
magnetico, non è cosa semplice. Una
stanza bene illuminata non oscilla affatto,
non dà la scossa e non sposta oggetti
metallici.
ciò che occorre anzitutto tenere presente
è che una spiegazione totalmente
esauriente dell’argomento non si può
dare. non solo per la sua estensione, ma
anche per l’inevitabile sconfinamento
nella meccanica quantistica (basti
pensare, solo per fare alcuni esempi, al
dualismo onda-particella o al principio di
complementarità). allora, a parte le teorie
matematiche alla base di questi fenomeni,
dove si possono trovare degli appigli per
non lasciare perplesso, o addirittura
sconcertato, chi si stia avvicinando allo
studio dei fenomeni ottici?
un aiuto dal passato
alcune possibilità vengono offerte dalla
trattazione, anche non approfondita, di un
esperimento di oltre cento anni fa, svolto
nel periodo in cui la teoria
dell’elettromagnetismo di James clerk
Maxwell stava ricevendo fondamentali
conferme, principalmente a opera di
heinrich rudolph hertz. Un conterraneo di
hertz, il tedesco otto Wiener (1862-
1927) realizzò, intorno al 1890, un
apparato in grado di provare che la luce si
comporta allo stesso modo delle onde
elettromagnetiche generate da circuiti. in
34 ottobre 2009
particolare, dimostrò l’esistenza delle
onde di luce stazionarie. riesaminare in
classe il suo esperimento può condurre a
considerazioni interessanti. prima di
arrivarci, però, occorre chiarire che cosa
sia un’onda stazionaria.
onda su onda...
Questo risulta più immediato se ci si
sofferma sull’esempio della figura creata
da una corda vibrante. Grazie alla
comune forma dell’equazione d’onda sia
per una corda sia per la luce, si può
essere persuasi della legittimità di
n
P profilo (forma) dell’onda a vari istanti:
in corrispondenza dei nodi è sempre
nullo, altrove oscilla, fino a raggiungere la
massima ampiezza agli antinodi.
n
questo parallelismo; ma qui, dicevamo, la
matematica non conta.
immaginiamo una corda fissata a due
estremi e messa in vibrazione. Dopo una
fase transitoria, nella corda in vibrazione
si sovrappongono, punto per punto, due
“movimenti”. occorre immaginare una
certa simultaneità negli eventi i quali,
appunto, si sovrappongono. Un primo
movimento è quello che si verifica
spostando la corda verso l’alto o verso il
basso (lungo un asse perpendicolare alla
corda, insomma), per esempio
pizzicandola come nel caso di una
chitarra. poiché la corda tenta di tornare
nella posizione iniziale, questo
spostamento si propaga, sino a che,
giunto a un estremo, torna indietro
(secondo movimento). intanto, però, la
corda possiede ancora il primo
movimento, per inerzia; allora, lo
spostamento che “ritorna” si sovrappone
a quello che “arriva”, e similmente accade
per l’altro estremo. si tratta, in definitiva,
di due onde uguali che si propagano
lungo la corda in sensi opposti.
sovrapponendosi, esse possono produrre
un’interferenza distruttiva, fino ad
annullarsi, oppure costruttiva, fino a
raggiungere un’ampiezza massima. le
due onde hanno caratteristiche (periodo,
lunghezza d’onda...) identiche, e si
sovrappongono in un modo ben
determinato, per via della loro uguaglianza
e degli estremi della corda fissati,
cosicché i punti in cui si annullano sono
sempre gli stessi e di conseguenza
A A Antinodo
n
Nodo