Riflessione e Rifrazione della Luce

Quando la luce incontra una superficie

Quando un raggio di luce incontra la superficie che separa due mezzi (per esempio aria e acqua), in parte rimbalza indietro — la riflessione — e in parte attraversa il secondo mezzo cambiando direzione — la rifrazione. Due leggi semplici descrivono entrambi i fenomeni.

Concetto Chiave:

Tutti gli angoli si misurano rispetto alla normale, la retta perpendicolare alla superficie nel punto di incidenza. La riflessione conserva l'angolo; la rifrazione lo cambia secondo la legge di Snell.

1. La Riflessione

Descrizione: il raggio incidente e il raggio riflesso formano angoli uguali con la normale.

Angolo di incidenza = angolo di riflessione: θ_i = θ_r
Raggio incidente, raggio riflesso e normale stanno sullo stesso piano
Gli angoli si misurano dalla normale, non dalla superficie

2. La Rifrazione e la Legge di Snell

Descrizione: passando da un mezzo all'altro la luce cambia velocità e quindi direzione. La relazione tra gli angoli è la legge di Snell.

Legge di Snell: n₁ · sin θ₁ = n₂ · sin θ₂. Entrando in un mezzo più denso (n maggiore) il raggio si avvicina alla normale; uscendo verso un mezzo meno denso se ne allontana.

3. L'Indice di Rifrazione

Descrizione: l'indice di rifrazione misura quanto la luce rallenta in un mezzo rispetto al vuoto.

Definizione e valori:

n = c / v (c = velocità nel vuoto, v = velocità nel mezzo)
Aria ≈ 1,00 · Acqua ≈ 1,33 · Vetro ≈ 1,50 · Diamante ≈ 2,42
n più grande → luce più lenta → maggiore deviazione

4. La Riflessione Totale

Descrizione: passando da un mezzo più denso a uno meno denso, oltre un certo angolo limite la luce non esce più: viene tutta riflessa all'interno.

Angolo limite: sin θ_L = n₂ / n₁ (con n₂ < n₁). Per angoli maggiori di θ_L avviene la riflessione totale: è il principio che fa funzionare le fibre ottiche.

5. Riepilogo e Applicazioni

Descrizione: le tre leggi insieme e alcune applicazioni quotidiane.

Le tre relazioni:

Riflessione: θ_i = θ_r
Rifrazione: n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂
Angolo limite: sin θ_L = n₂ / n₁

Le ritroviamo in specchi, lenti, occhiali, fibre ottiche, miraggi e nella classica cannuccia che sembra "spezzata" dentro il bicchiere.

Riepilogo

Quando la luce incontra la superficie tra due mezzi:

Riflessione: rimbalza con θ_i = θ_r
Rifrazione: si piega secondo n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂
Indice n = c/v: indica quanto la luce rallenta nel mezzo
Riflessione totale: oltre l'angolo limite la luce resta intrappolata (fibre ottiche)

Dopo la luce, il percorso di fisica prosegue con l'elettrostatica e il campo elettrico.