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La luce (dal latino, 'lux, lucis') è l'agente fisico che rende visibili gli oggetti. Il termine luce si riferisce alla porzione dello spettro elettromagnetico visibile all'occhio umano, ma può includere altre forme della radiazione elettromagnetica. Le tre dimensioni base della luce (e di tutte le radiazioni elettromagnetiche) sono la luminosità (o ampiezza), il colore (o frequenza) e la polarizzazione (o angolo di vibrazione). A causa della dualità onda-corpuscolo, la luce mostra simultaneamente proprietà che appartengono sia alle onde che alle particelle.
Teorie sulla luce
Teoria corpuscolare
Proposta da Isaac Newton nel XVII secolo, suggerisce che la luce è composta da piccole particelle di materia (corpuscoli), che vengono emesse in tutte le direzioni.
Supporta il fatto che la luce viene riflessa.
Suppone che la velocità della luce aumenti quando passa attraverso una sostanza più densa, a causa della maggiore spinta gravitazionale
Venne accantonata in favore della teoria ondulatoria.Teoria ondulatoria
Proposta da Christian Huygens nel XVII secolo. Suppone che la luce venga emessa come una serie di onde diffuse in tutte le direzioni. Le onde non sono influenzate dalla gravità e quindi rallentano quando attraversano una sostanza più densa. Le onde possono interferire tra di loro (fatto notare da Thomas Young ne XVIII secolo]) e possono essere polarizzate. Supponeva che la luce avesse bisogno di un mezzo per essere tramessa (come l'aria per il suono.Teoria elettromagnetica
Proposta da James Clerk Maxwell alla fine del XIX secolo, sostiene che le onde luminose sono elettromagnetiche e non necessitano di un mezzo per la trasmissione, mostra che la luce visibile è una parte dello spettro elettromagnetico.Teoria quantistica (dualità onda-particella)
Inizio a svilupparsi alla fine del XIX secolo e combina assieme le tre teorie precedenti. Nel 1900 Max Planck propose che le onde luminose sono composte di pacchetti di energia detti quanta o fotoni. La luce si comporta quindi sia come un'onda che come una particella.
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La luce visibile è una porzione dello spettro elettromagnetico compresa tra i 400 e gli 800 nanometri (nm) (nell'aria). La luce è anche caratterizzata dalla sua frequenza. Frequenza e lunghezza d'onda obbediscono alla seguente relazione:
La luce si propaga a una velocità finita. Anche gli osservatori in movimento, misurano sempre lo stesso valore di c, la velocità della luce nel vuoto, dove c = 299.792.458 m/s; comunque, quando la luce passa attraverso una sostanza trasparente, come l'aria, l'acqua o il vetro, la sua velocità viene ridotta, e la luce è sottoposta a rifrazione. Quindi si ha, n=1 nel vuoto e n>1 nella materia.
La velocità della luce è stata misurata molte volte da numerosi fisici. La migliore tra le prime misurazioni venne eseguita da Olaus Roemer, (un fisico danese), nel 1676. Egli sviluppò un metodo di misurazione, osservando Giove e una delle sue lune con un telescopio. Grazie al fatto che la luna veniva eclissata da Giove a intervalli regolari, calcolò il periodo di rivoluzione della luna in 42,5 ore, quando la Terra era vicina a Giove. Il fatto che il periodo di rivoluzione si allungasse quando la distanza tra Giove e Terra aumentva, indicava che la luce impiegava più tempo a raggiungere la Terra. La velocità della luce venne calcolata analizzando la distanza tra i due pianeti in tempi differenti. Roemer calcolò una velocità di 227.000 km/s.
Albert A. Michelson migliorò il lavoro di Roemer nel 1926. Usando uno specchio rotante, misurò il tempo impiegato dalla luce per percorrere il viaggio di andata e ritorno dal monte Wilson al monte San Antonio in California. La misura precisa portò a una velocità di 299.796 km/s. Nell'uso comune, questo valore viene arrotondato a 300.000 km/s.
Lo studio della luce e dell'interazione tra luce e materia è detto ottica L'osservazione e lo studio dei fenomeni ottici, come ad esempio l'arcobaleno offre molti indizi sulla natura della luce.
Le differenti lunghezze d'onda vengono interpretate dal cervello come colori, che vanno dal rosso delle lunghezze d'onda più ampie (minore frequenza), al violetto delle lunghezze d'onda più brevi (maggiore frequenza). Le frequenze coprese tra questi due estremi vengono percepite come arancio, giallo, verde, blu e indaco. Le freuenze immediatamente al di fuori di questo spettro percettibile dall'occhio umano vengono chiamate ultravioletto (UV), per le alte frequenze, e infrarosso (IR) per le basse. Anche se gli esseri umani non possono vedere l'infrarosso, esso viene percepito dai recettori della pelle come calore. telecamere in grado di captare i raggi infrarossi e convertirli in luce visibile, vengono chiamati visori notturni. La radiazione ultravioletta non viene percepita dagli esseri umani, se non in maniera molto indiretta, in quanto la sovraesposizione della pelle ai raggi UV causa scottature. Alcuni animali, come le api, riescono a vedere gli ultravioletti. Altri invece riescono a vedere gli infrarossi.
Le seguenti sono quantità o unità di misura della luce:
La velocità della luce
Formula della velocità della luce
dove λ è la lunghezza d'onda, f è la frequenza, v è la velocità della luce. Se la luce viaggia nel vuoto, allora v = c, quindi
dove c è la velocità della luce. Possiamo esprimere v come
dove n è una costante (l'indice rifrattivo) che è una proprietà del materiale attraverso il quale passa la luce.Particolarità della velocità della luce
Storia della velocità della luce
Ottica
Colori e lunghezze d'onda
Misurazione della luce
Sorgenti di luce