Fondamenti dell’ottica geometrica e ondulatoria

Questa è una versione più approfondita dal punto di vista matematico dei temi proposti per la Scuola Secondaria di primo grado. Si dà maggior peso alla verifica quantitativa delle leggi fisiche che regolano i fenomeni presentati, sfruttando le competenze matematiche degli studenti (ad es. la trigonometria). Poiché alcuni degli esperimenti proposti sono di facile replica con materiale solitamente a disposizione dei laboratori di molte Scuole Secondarie di secondo grado, l’intervento può servire da stimolo per ulteriori approfondimenti gestiti direttamente dagli insegnanti.
L’obiettivo è di riprodurre in laboratorio alcuni fenomeni fondamentali dell’ottica geometrica e ondulatoria con particolare attenzione all’aspetto corpuscolare (riflessione e rifrazione) e ondulatorio (interferenza e diffrazione) della luce, e ai fenomeni naturali derivanti dall’interazione della luce con la materia (arcobaleno, colore del cielo).

In particolare si presenteranno:

• Evidenze sperimentali della luce come particella, la luce segue una traiettoria definita (raggio):
  • Leggi di Snell,
  • Applicazione delle leggi di Snell: funzionamento di lenti e specchi (riflessione e rifrazione),
  • Applicazione delle leggi di Snell: funzionamento delle fibre ottiche (angolo limite).
• Evidenze sperimentali della luce come onda. Interferenza, diffrazione, polarizzazione, colore (lunghezza d’onda):
  • Modello di onde meccaniche,
  • Interferenza,
  • Diffrazione,
  • Polarizzazione.
• Recupero del concetto di raggio in ambito ondulatorio:
  • Principio di Huygens-Fresnel.
• Le proprietà della luce alla base dei fenomeni naturali:
  • L’arcobaleno (rifrazione, riflessione e dispersione),
  • Il colore del cielo (diffusione),
  • Il colore degli oggetti e delle ombre (sintesi dei colori e diffusione).