Spiegazione: Riflessione, rifrazione e potere delle lenti

May 26, 2023

Un prisma fa sì che la luce in entrata si pieghi in misura diversa, a seconda della lunghezza d'onda – o del colore – di quella luce. Quando la luce passa attraverso il prisma ed esce dall'altro lato, si diffonde formando un arcobaleno.

Ekaterina Demidova/Moment/Getty Images

Di Trisha Muro

6 ore fa

Microscopi, telescopi e occhiali. Tutti questi funzionano manipolando il movimento della luce.

Quando le onde di luce colpiscono una superficie liscia, come uno specchio, si riflettono su di essa. Inoltre si piegano, o si rifrangono, quando si spostano tra ambienti di diversa densità, come quando la luce passa dall'aria dentro e attraverso una lente di vetro. Insieme, queste proprietà fondamentali della luce consentono agli scienziati di progettare lenti e specchi adatti alle loro esigenze, sia che si tratti di scrutare attraverso il cosmo o nel profondo di una cellula.

Guardati allo specchio e vedrai il tuo riflesso. La legge della riflessione è semplice: qualunque sia l'angolo formato da un raggio di luce quando si scontra con uno specchio, è lo stesso angolo che avrà quando rimbalza sulla superficie dello specchio. Se punti una torcia con un angolo di 45 gradi sullo specchio del bagno, questa rimbalzerà con un angolo di 45 gradi. Quando vedi il tuo riflesso, la luce che brilla sul tuo viso illuminato colpisce direttamente lo specchio, quindi rimbalza direttamente ai tuoi occhi.

Funziona solo perché uno specchio è una superficie lucida estremamente liscia e quindi riflettente. La sua morbidezza fa sì che tutta la luce che lo colpisce da una certa angolazione rimbalzi nella stessa direzione. La superficie di una parete dipinta nella tua camera da letto, al contrario, è così irregolare che non riflette molto bene. La luce che colpisce il muro si rifletterà su questi dossi, rimbalzando in un mix di direzioni diverse. Ecco perché la maggior parte delle pareti appare opaca, non lucida.

Potresti aver notato che all'interno delle torce elettriche e dei fari c'è un'unica, piccola lampadina con uno specchio curvo dietro di essa. Quella curva raccoglie la luce che esce dalla lampadina in molte direzioni diverse e la focalizza in un fascio forte che parte in un'unica direzione: verso l'esterno. Gli specchi curvi sono estremamente efficaci nel focalizzare i fasci di luce.

Lo specchio di un telescopio funziona allo stesso modo. Concentra le onde luminose in arrivo da un oggetto distante, come una stella, in un singolo punto di luce che ora è abbastanza luminoso da poter essere visto da un astronomo.

Aggiornamenti settimanali per aiutarti a utilizzare Science News Explores nell'ambiente di apprendimento

Grazie per esserti iscritto!

Si è verificato un problema durante l'iscrizione.

Sai come sembra che una cannuccia si pieghi mentre è immersa in un bicchiere d'acqua? Ciò è dovuto alla rifrazione. La legge della rifrazione afferma che le onde luminose si piegano quando si spostano da un mezzo (come l'aria) a un altro (come l'acqua o il vetro). Questo perché ogni mezzo ha una densità diversa, nota anche come "spessore ottico".

Immagina di correre lungo una spiaggia. Se inizi a correre su un percorso concreto, puoi scattare abbastanza velocemente. Non appena attraversi la sabbia, rallenti. Anche se provi a muovere i piedi alla stessa velocità di prima, non puoi. Rallenterai ancora di più mentre provi a continuare a correre nell'acqua. Lo "spessore" di ogni superficie che stai attraversando (sabbia o acqua) ti rallenta rispetto a quando i tuoi piedi si muovevano nell'aria.

Anche la luce cambia velocità in diversi mezzi. E poiché la luce viaggia in onde, queste onde si piegheranno man mano che cambiano velocità.

Torniamo a quella cannuccia in un bicchiere d'acqua: se guardi attraverso il lato del bicchiere, la cannuccia sembrerà uno zigzag. Oppure, se hai mai posizionato un anello per tuffarsi sul fondo di una piscina poco profonda e hai tentato di afferrarlo, avrai notato che l'anello non è esattamente dove sembra essere. La deflessione dei raggi luminosi fa sì che l'anello sembri situato a breve distanza dal suo punto reale.

Gli effetti di questa flessione sono maggiori o minori a seconda della lunghezza d'onda o del colore della luce. Le lunghezze d'onda più corte, come il blu e il viola, si piegano più di quelle più lunghe, come il rosso.

Questo è ciò che provoca l'effetto arcobaleno quando la luce passa attraverso un prisma. Spiega anche perché il rosso è sempre il colore più in alto in un arcobaleno e il viola la tonalità più in basso. La luce bianca che entra nel prisma contiene tutti i diversi colori della luce. Le onde di luce rossa si piegano meno, quindi il loro percorso rimane più vicino a una linea retta. Ciò lascia il rosso in cima all'arcobaleno. Le onde luminose viola si piegano maggiormente quando passano attraverso il prisma, quindi la tonalità scende verso il basso. Gli altri colori dell'arcobaleno si collocano tra il rosso e il viola, a seconda di quanto si piegano le loro onde.