Luce

Con questa lezione inizieremo a studiare l'ottica fisica, il ramo della fisica che si occupa della luce, della sua emissione, propagazione e rivelazione.

lezione Luce
	Tipo: lezione
	Materia: Fisica classica

Definiamo innanzitutto cos'è la luce: per l'uomo, è l'insieme delle radiazioni elettromagnetiche in grado di produrre uno stimolo sulla retina dell'occhio umano. Queste radiazioni sono quelle che costituiscono lo spettro del visibile, le cui lunghezze d'onda vanno da circa 380 a 780 nm. Questa definizione ristretta è di solito allargata alle radiazioni di lunghezza d'onda simile (ultravioletto e infrarosso), o anche a tutto lo spettro delle radiazioni elettromagnetiche.

In questa lezione ci occuperemo di capire quale è l'esatta natura della luce.

Natura della luce

A seconda del fenomeno che stiamo studiando, possiamo considerare la luce in tre modi diversi:

Come fotone
Come onda
Come raggio

Fotone

Per spiegare alcuni fenomeni come l'effetto fotoelettrico e il comportamento dei corpi neri, fu necessario ammettere che la luce fosse composta da particelle elementari dotate di una certa quantità di energia, in pratica pacchetti di energia.

Questi pacchetti di energia sono chiamati fotoni e la quantità di energia $E$ che trasportano è direttamente proporzionale alla frequenza $\nu$ , come espresso dalla legge:

E=h\nu

dove $h$ è la costante universale di Planck.

L'ottica che considera la luce come composta di fotoni è l'ottica quantistica.

In generale, si considera la luce come composta di fotoni quando si studia la sua interazione con le altre particelle elementari.

Onda

Onda rispetto allo spazio

Nell'osservare la propagazione della luce in dettaglio, è stato notato che questa si comporta come un'onda elettromagnetica: è cioè un'oscillazione del campo elettrico e del campo magnetico che si propaga nel tempo lungo una direzione perpendicolare ad entrambi.

Osservando la luce sotto questo aspetto, si entra nel campo dell'ottica ondulatoria.

Spettro elettromagnetico

Le radiazioni elettromagnetiche comprendono onde di pressoché qualsiasi lunghezza, da migliaia di chilometri a dimensioni al di sotto del picometro. L'insieme delle radiazioni di tutte le lunghezze d'onda forma lo spettro elettromagnetico. Solo una piccolissima porzione di questo spettro comprende radiazioni in grado di stimolare i recettori della retina umana, in particolare le radiazioni la cui lunghezza d'onda è compresa tra circa 380 e 780 nm.

Raggio

Essendo le lunghezze d'onda della luce visibile estremamente piccole rispetto alle grandezze con cui abbiamo normalmente a che fare, molto spesso l'ottica fisica è approssimabile con l'ottica geometrica, che non si preoccupa della natura della luce, ma la considera come raggio che parte da una sorgente luminosa e si propaga in linea retta nello spazio, secondo le leggi di Snell: questo sarà oggetto della prossima lezione.