Documentazione - I@PhT

3. Luce e colore: le onde luminose
Eseguiamo alcune esperienze per convincerci che la luce presenta comportamenti ondulatori del
tutto simili a quelli delle onde meccaniche e che c’è una relazione precisa fra la lunghezza d’onda e
il colore della luce: questa relazione ci permetterà di associare al colore un numero preciso, non
dipendente dalla percezione visiva soggettiva.
La diffrazione della luce
Come noto per le onde meccaniche, la diffrazione è una caratteristica generale dei fenomeni
ondulatori che si manifesta ogni volta che una porzione di un fronte d’onda, sia esso di suono, di
onde di materia o di luce, investe un ostacolo, sia opaco che trasparente. Il fenomeno diventa
cospicuo e dà effetti osservabili se le dimensioni dell’ostacolo sono confrontabili con la lunghezza
d’onda: di qui nasce la difficoltà di osservare il fenomeno per le onde luminose che hanno
lunghezze d’onda inferiori al micrometro. Per la luce gli effetti diffrattivi si manifestano, ad
esempio, quando un fascio luminoso illumina il bordo di un ostacolo, attraversa un foro oppure una
o più fenditure micrometriche, illumina un piccolo oggetto come un capello….: l’immagine
luminosa generata dall’ostacolo (oppure l’ombra se si tratta di un oggetto opaco) non è più quella
“geometrica”, che ci si aspetta se il fascio si propagasse rettilineamente, ma è una figura
caratteristica la cui larghezza angolare θ è descritta nell’approfondimento.
Utilizzeremo come “ostacolo” un capello, perché le tipiche dimensioni di un capello sono
confrontabili con quelle della lunghezza d’onda della luce visibile e quindi il fenomeno della
diffrazione è facilmente osservabile.
Materiale
- LASER rosso e LASER verde
- finestra di uscita mobile
- schermo
Misure
Utilizzare prima il LASER rosso (λ=630 nm).
- Fissare un capello trasversalmente alla finestra di uscita e spostare lentamente l’allineamento fra
la finestra e la direzione del fascio fino a quando sullo schermo compare la figura di diffrazione;
- misurare l’angolo θ a cui compare il minimo della figura di diffrazione;
- determinare il diametro del capello utilizzando la relazione (A1) derivata negli approfondimenti
fra la larghezza del cono di diffrazione e la larghezza della fenditura,
a senθ = λ
(A1)
dove λ è la lunghezza d’onda, a rappresenta il diametro del capello e θ l’angolo a cui si osserva il
minimo di intensità luminosa.
Noto il valore di a, ripetere la misura con il LASER verde e determinare la lunghezza d’onda della
luce verde. Ripetere entrambe le misure con un capello diverso: il diametro dipende dal colore del
capello Attenzione a chi si tinge…
La misura della lunghezza d’onda con il reticolo di diffrazione
Un “reticolo di diffrazione” è una lastrina di vetro o di altro materiale trasparente sulla cui
superficie sono state incise delle fenditure a una distanza regolare d molto piccola, confrontabile
con la lunghezza d’onda λ della luce che si vuole studiare. Come spiegato nell’approfondimento, se
si fa incidere un fascio di luce monocromatica, caratterizzata quindi da una lunghezza d’onda λ ben
definita, dal reticolo escono, oltre al fascio trasmesso, come avviene per qualunque lastrina a facce
5