La luce può piegarsi intorno agli angoli: 9 fatti importanti

La risposta è "Sì", la luce può piegarsi dietro gli angoli.

Quando la luce passa attorno ai bordi di un oggetto tende a piegare il suo percorso attorno agli angoli. Questa proprietà della luce è nota come diffrazione. Il fenomeno della diffrazione dipende dalla propagazione della luce. Per studiare questo fenomeno, la luce viene trattata come un'onda.  

Contenuti:

Cos'è la diffrazione della luce?

La diffrazione della luce si riferisce ai fenomeni di flessione delle onde luminose attorno agli angoli di un oggetto ostruente avente una dimensione paragonabile alla lunghezza d'onda della luce. Il fenomeno della diffrazione dipende dalla propagazione della luce. Per studiare questo fenomeno, la luce viene trattata come un'onda.

Il grado o l'estensione con cui i raggi luminosi si piegano dipende dalle dimensioni dell'oggetto che ostruisce e dalla lunghezza d'onda della luce. Quando la dimensione dell'oggetto è molto più grande rispetto alla lunghezza d'onda della luce, l'entità della flessione è trascurabile e non può essere notata correttamente. Tuttavia, quando la lunghezza d'onda della luce è paragonabile alle dimensioni dell'oggetto che ostruisce (come una particella di polvere), l'entità della diffrazione è elevata, ovvero le onde luminose si piegano ad angoli maggiori. In tali casi, possiamo osservare la diffrazione della luce ad occhio nudo.

LImpariamo di più su come la luce si piega intorno agli angoli:

Come può la luce piegarsi intorno agli angoli?

Secondo la fisica classica, il fenomeno della diffrazione è sperimentato da un'onda luminosa a causa del modo in cui si propaga. Il fenomeno è stato descritto da Christiaan Huygens e Augustin-Jean Fresnel nel principio di Huygens-Fresnel e nel principio di sovrapposizione delle onde. La propagazione dell'onda luminosa può essere interpretata visivamente prendendo ogni singola particella nel mezzo di propagazione come una sorgente puntiforme che dà origine al fronte d'onda secondario di un'onda sferica.

Lo spostamento delle onde da ogni sorgente puntiforme viene sommato per formare un'onda secondaria. Le ampiezze e le relative fasi di ogni onda giocano un ruolo importante nel determinare la successiva onda sferica formata. L'ampiezza dell'onda risultante può assumere qualsiasi valore compreso tra 0 e la somma delle singole ampiezze delle sorgenti puntiformi.

Pertanto, un modello di diffrazione generale consiste in una serie di minimi e massimi.

Secondo la moderna ottica quantistica, ogni fotone che passa attraverso una sottile fenditura dà origine alla propria funzione d'onda. Questa funzione d'onda dipende da diversi fattori fisici come le dimensioni della fenditura, la distanza dallo schermo e le condizioni iniziali della generazione del fotone. 

Il fenomeno della diffrazione può essere compreso qualitativamente prendendo in considerazione le fasi relative dei fronti d'onda secondari. La sovrapposizione di due semicerchi di onde provoca un'interferenza costruttiva. Quando due semicerchi di onde si annullano a vicenda, si ha un'interferenza distruttiva.

Diffrazione in atmosfera:

La luce viene diffratta nell'atmosfera piegandosi attorno alle particelle atmosferiche. Di solito, la luce viene diffratta dalle minuscole goccioline d'acqua sospese nell'atmosfera. La flessione della luce può dare origine a frange chiare, bande chiare, scure o colorate. Il rivestimento d'argento che si può osservare attorno ai bordi delle nuvole o alle corone della luna o del sole è anche il risultato della diffrazione della luce. 

Gloria solare al vapore della sorgente termale
Flessione della luce vista attraverso il vapore caldo. (può la luce piegarsi intorno agli angoli) Fonte immagine: Inagloria di BrockenGloria solare al vapore della sorgente termaleCC BY-SA 3.0

Esempi di diffrazione visti nella vita di tutti i giorni

Alcuni esempi di diffrazione o flessione della luce possono essere visti spesso nella nostra vita quotidiana come:

CD o DVD: In un disco CD o DVD possiamo spesso vedere la formazione di un motivo a forma di arcobaleno. Questo modello arcobaleno si forma a causa del fenomeno della diffrazione. Qui, il CD o il DVD funge da reticolo di diffrazione. 

Hologram: Un ologramma è progettato in modo da produrre un modello di diffrazione. Tali ologrammi sono spesso presenti nelle carte di credito o nelle copertine dei libri. 

Propagazione del raggio laser: Il cambiamento nel profilo del raggio di un raggio laser come determinato dal fenomeno di diffrazione che si verifica quando il raggio laser si propaga attraverso un mezzo. La più bassa divergenza registrata dovuta alla frazione è fornita da un fronte d'onda planare spazialmente coerente con un profilo del fascio gaussiano. Generalmente, più grande è il raggio di uscita, più lenta è la divergenza.

L'entità della divergenza di un raggio laser può essere ridotta divergendo prima il raggio con l'aiuto di una lente convessa e poi convergendo o collimando il raggio con l'aiuto di una seconda lente convessa avente un punto focale coincidente con il punto focale della prima lente convessa. In questo modo, il fascio risultante avrà un diametro maggiore rispetto al fascio originale e quindi la divergenza sarebbe ridotta.

Imaging limitato dalla diffrazione: La diffrazione limita il potere di risoluzione di un sistema di imaging. A causa della distrazione, il raggio di luce non è in grado di mettere a fuoco un singolo punto. Avviene invece la formazione di un disco di errore che ha al centro un punto luminoso circondato da un cerchio concentrico. Si vede che con un'apertura maggiore gli obiettivi sono in grado di risolvere le immagini in modo più fine. 

Diffrazione a fenditura singola: Viene presa la diffrazione di una fenditura lunga con larghezza trascurabile. La fessura viene quindi illuminata con una sorgente puntiforme di luce. Dopo aver attraversato la fessura, la luce viene diffratta in una serie di fronti d'onda circolari. La fessura è più ampia della lunghezza d'onda della luce quindi può produrre schemi di interferenza nello spazio che si trova al di sotto della fessura.

Diffrazione dell'onda 4Lambda Slit
Schema di diffrazione osservato attraverso una singola fenditura. può piegare la luce intorno agli angoli).Immagine sorgente: Dicklyon at Wikipedia in ingleseDiffrazione dell'onda 4Lambda Slit, (può piegarsi la luce intorno agli angoli) contrassegnato come di pubblico dominio, maggiori dettagli su Wikimedia Commons

Til concetto di flessione della luce potrebbe indurre certain qdomande nella mente delle persone. Diamo un'occhiata ad alcune di queste domande:

La luce viaggia in linea retta? Se é cosi, come?

La luce è un'onda elettromagnetica e quindi viaggia sotto forma di onda. Tuttavia, la lunghezza d'onda della luce è molto piccola. Quindi, un'onda luminosa viene approssimativamente presa come un raggio che viaggia in linea retta. La proprietà ondulatoria della luce può essere osservata solo quando interagisce con oggetti di dimensioni paragonabili alla lunghezza d'onda della luce. Per gli oggetti della nostra vita quotidiana, l'interazione con la luce è presa come raggi che viaggiano in linea retta. Per gli oggetti più piccoli, la luce si piega intorno agli angoli a causa della diffrazione.

In che modo l'interferenza è correlata alle onde d'acqua?

può piegare la luce intorno agli angoli?
Onde d'acqua.
 Fonte immagine: (la luce può piegarsi intorno agli angoli)AcchiappaverbiDiffrazione delle onde alla Laguna Blu, AbereiddyCC BY-SA 4.0

I interferenza della luce Le onde provocano gli effetti ottici risultanti dalla deflessione della luce. Possiamo visualizzare questo fatto immaginando le onde di luce come onde d'acqua. Supponendo di tenere una tavola di legno su una superficie dell'acqua per galleggiare, noterai che le onde dell'acqua farebbero rimbalzare la tavola di legno su e giù in base alle onde dell'acqua incidenti. Queste onde d'acqua si diffondono ulteriormente in ogni direzione e interferiscono con le onde d'acqua vicine.

Quando le creste di due onde d'acqua si fondono si ha la formazione di un'onda amplificata, cioè si ha interferenza costruttiva. Tuttavia, quando la depressione di un'onda interferisce con la cresta di un'altra onda, si annullano a vicenda determinando un'ampiezza nulla che non ha spostamento verticale, ovvero interferenza distruttiva. Quando le depressioni di due onde separate interferiscono formano una depressione più depressa.

Lo stesso schema si osserva nel caso delle onde luminose. Quando la luce proveniente dal sole incontra goccioline d'acqua sospese nell'atmosfera, le onde luminose interagiscono tra loro in modo simile a quanto sopra menzionato nel caso delle onde dell'acqua. Nel caso delle onde luminose, interferenza costruttiva avviene quando l'ampiezza di picco di due onde luminose interagisce per produrre un'onda più amplificata.

In altre parole, quando due creste di onde luminose interagiscono o interferiscono formano uno schema più luminoso. L'interferenza distruttiva si verifica quando la depressione di un'onda luminosa interferisce con la cresta di un'altra onda. Questa interferenza distruttiva è osservata dalla formazione di uno schema più scuro. 

1200px Schema di diffrazione nella ragnatela 1
Diffrazione della luce che causa la visualizzazione dei colori in una ragnatela. (può piegare la luce intorno agli angoli)
Immagine sorgente: Inagloria di BrockenSchema di diffrazione nella ragnatelaCC BY-SA 3.0

Come può la luce piegarsi intorno agli angoli all'interno di una fibra ottica?

I raggi luminosi vengono rifratti dopo essere entrati nel materiale della fibra ottica.

Le onde luminose si propagano attraverso il nucleo della fibra ottica venendo rifratte avanti e indietro dal confine o dall'interfaccia tra il nucleo e il rivestimento. La luce si propaga attraverso la fibra ottica senza passare o trasmettersi attraverso la fibra per un fenomeno di rifrazione interna totale. 

La riflessione interna totale può aver luogo solo quando l'angolo della luce incidente sul confine della fibra ottica è maggiore dell'angolo critico della fibra. Quando l'angolo è maggiore dell'angolo critico, la luce viene rifratta nella fibra ottica invece di fuoriuscire attraverso il rivestimento.

Qual è la condizione di massima deviazione della luce nel prisma?

La massima deviazione della luce in un prisma può essere possibile a causa delle seguenti due condizioni:

1. La massima deviazione della luce può aver luogo solo se l'angolo incidente sul prisma è un angolo retto cioè 90 gradi. Questa proprietà è nota anche come incidenza radente per il fatto che i raggi luminosi quasi “sfiorano” lungo la superficie del prisma.

2. La seconda condizione per la massima deviazione della luce in un prisma è che quando un raggio emergente viene riflesso a 90 gradi o si può dire che sfiora la superficie del prisma. Questa condizione è simile alla condizione sopra menzionata per la seconda superficie.

Nota: non dobbiamo confondere l'angolo di massima deviazione con l'angolo di minima deviazione di un prisma.

Qual è la differenza tra scattering e diffrazione?

Diffusione della luce: La dispersione della luce si verifica quando la luce colpisce piccoli oggetti come particelle di polvere o molecole gassose di vapore acqueo, tende a deviare dal suo percorso rettilineo di propagazione. Questo fenomeno è chiamato diffusione della luce. La dispersione della luce può essere notata o osservata in diversi fenomeni ambientali. Il colore blu del cielo, il colore bianco delle nuvole, il colore rosso del cielo durante il tramonto e l'alba, l'effetto Tyndall, ecc. sono alcuni esempi di dispersione della luce.

I semafori oi segnali di pericolo sono solitamente di colore rosso perché il rosso disperde meno tra tutte le lunghezze d'onda. L'entità della dispersione è inversamente proporzionale alla quarta potenza della lunghezza d'onda della luce. Il fenomeno dello scattering può essere osservato sia come interazioni d'onda che come interazioni tra particelle. La proprietà della dispersione è legata alle interazioni d'onda.

Diffrazione della luce: per diffrazione della luce si intende il fenomeno per cui i raggi luminosi tendono a piegarsi attorno agli angoli di un oggetto di dimensioni paragonabili alla lunghezza d'onda della luce. La diffrazione si osserva solo trattando la luce solo come un'onda. La proprietà della diffrazione è legata alla propagazione delle onde. Il modello di interferenza del modello osservato durante l'esperimento a fenditura singola, reticoli, escrementi di ologrammi si verificano a causa della diffrazione.

È possibile che un raggio incidente abbia un angolo superiore a 90 gradi?

L'angolo di incidenza su una superficie è definito come l'angolo formato dal raggio di luce dalla normale al punto che tocca. Pertanto, l'angolo massimo che può essere realizzato con la normale alla superficie è di 90 gradi su entrambi i lati.

Speriamo che questo post abbia risposto alle tue domande riconquistare il fenomeno di diffrazione.