22. Ottica#
L’ottica si occupa di descrivere il comportamento della luce e le sue interazioni con la materia.
Cosa intendiamo per luce? Con il termine «luce» si intende la radiazione elettromagnetica che può essere percepita dall”occhio umano.
Generazione della luce. Emissione di radiazione elettromagnetica: continua, per agitazione termica; discreta dovuta a eccitazione di atomi.
Caratteristiche della radiazione. Spettro in frequenza, polarizzazione, intensità.
Breve storia dell’indagine sulla natura della luce
Breve storia dell’indagine sulla natura della luce. Storia su dualismo onda-particella. Esperienze fondamentali…: Newton-Huygens, Taylor, Fresnel, Fraunhofer e i reticoli di diffrazione,…
Il dibattito sulla natura della luce è stato discusso per secoli: onda o particella?
A fine XIX secolo, la formulazione delle equazioni di Maxwell e gli esperimenti di Hertz sembravano dare la risposta definitiva al problema: la luce è un fenomeno elettromagnetico che si propaga come un’onda elettromagnetica:
Le esperienze sulla radiazione di corpo nero e sull’effetto otoelettrico - prima ancora che esistesse la meccanica quantistica - mostravano il carattere discreto della luce.
Tre regimi e tre approcci
Si possono distinguere tre approcci/regimi dell’ottica:
ottica geometrica, todo link qui
ottica ondulatoria, che studia la propagazione dei fenomeni elettromagnetici come onde governate dalle equazioni di Maxwell dell’elettromagnetismo classico. Comportamento tipico dei fenomeni ondulatori: interferenza,…, diffrazione,… todo link capitolo su elettromagnetismo
ottica quantistica, riconosce la natura discreta della radiazione elettromagnetica - i fotoni - e studia i fenomeni elettromagnetici usando gli strumenti della meccanica quantistica, in seguito alla quantizzazione del campo elettromagnetico todo link fisica moderna
Velocità della luce nel vuoto. La velocità della luce nel vuoto è una costante della natura. Viene qui indicata con \(c_0\), o a volte con \(c\) per brevità o pigrizia.
Definition 22.1 (Velocità della luce nei materiali e indice di rifrazione.)
In molti materiali, la velocità della luce nel materiale \(c_i\) può essere descritta come frazione della velocità della luce nel vuoto, \(c_0\), tramite l’indice di rifrazione \(n_i\) del materiale,
In generale, la velocità di propagazione può dipendere dalla frequenza della propagazione stessa. In questo caso, il mezzo viene definito mezzo dispersivo. todo mostrare esempi: rifrazione in prismi e arcobaleno; simulazione della propagazione di segnali in mezzi dispersivi
Storia delle misure della velocità della luce
attività sperimentali: Romer (1676), Fizeau (1848), Michelson (1877; 1887 Michelson-Morley: nessuna evidenza dell”etere luminifero)
modelli: equazioni di Maxwell (1873)
Storia della misura della luce1
Riferimenti.