Ottica geometrica

Riflessione totale

Si può utilizzare ancora l'apparato sperimentale usato per studiare le leggi della rifrazione per esaminare la rifrazione da un mezzo più rifrangente ad uno meno rifrangente, nel nostro caso dal vetro all'aria.

Scopo dell'esperienza: Studiare la rifrazione della luce nel passaggio vetro-aria

Materiale occorrente: Lampada da banco ottico con collimatore, disco graduato con supporto, vetro di forma semicircolare con spessore di circa 5 cm (apparecchiature scientifiche: disco di Hartl)

Metodo di misura: Si monta il disco graduato sul supporto in modo che il fraggio di luce arrivi sul bordo semicircolare del vetro, in direzione del centro: il raggio passa dall'aria al vetro senza piegarsi, viaggia nel vetro e infine si rifrange nel passaggio vetro-aria. In realtà non tutto il raggio si rifrange, ma una debole parte di esso si riflette indietro nel vetro.

riflessionetotale (33K)

Risultati sperimentali (con luce rossa)

Angolo di incidenza αAngolo di rifrazione γseno(α)seno (γ)naria/nvetro
30°45°0,500,710,71
35°54°0,570,810,71
40°650,640,910,71
45°90°0,7110,71

Analisi dei risultati: Poichè l'aria è meno rifrangente del vetro, il raggio rifratto si allontana dalla normale e l'angolo γ di rifrazione è maggiore dell'angolo α di incidenza. Continua a valere la relazione di proporzionalità tra i seni degli angoli, ma questa volta il loro rapporto è quello inverso rispetto al passaggio aria-vetro ed è quindi minore di 1. Aumentando l'angolo di incidenza, aumenta anche quello di rifrazione fino a quando il raggio rifratto esce radente alla superficie, cioè con un angolo di rifrazione di 90°.

L'angolo di incidenza αL che corrisponde ad una rifrazione di 90° si chiama angolo limite.

Poichè il seno di 90° è 1, il seno dell'angolo limite è l'indice di rifrazione relativo ai due mezzi. Nel nostro caso (vetro-aria): αL = 45° e sen αL = 0,71

Per angoli di incidenza superiori all'angolo limite la luce non esce più dal vetro, ma si riflette interamente nel vetro (riflessione totale) con le leggi della riflessione.

Angolo limite (rispetto all'aria) per mezzi diversi (con luce verde)

mezzonangolo limite
acqua1,33449°
acetone1,35947°
alcol etilico1,36547°
quarzo1,45843°
perspex1,49342°
vetro crown1,51741°
vetro flint1,73235°
vetro pesantissimo1,89032°
diamante2,41925°

N.B. L'indice di rifrazione dei mezzi in tabella è quello maggiore di 1 riferito al passaggio aria-mezzo. Nel passaggio inverso mezzo-aria l'indice di rifrazione è inverso ed è quindi minore di 1. (Si ricordi che il seno di un angolo NON può essere maggiore di 1).

totale (4K)

Il fenomeno della riflessione totale è usato largamente nella costruzione di strumenti ottici (macchine fotografiche, binocoli, periscopi) poichè un prisma di vetro sul quale la luce arriva con un angolo maggiore dell'angolo limite si trasforma in uno specchio perfetto, meno costoso e di più lunga durata.

fibre (31K)

Il fenomeno della riflessione totale viene anche sfruttato nelle fibre ottiche: un fascio di sottili fibre di vetro intrappola la luce che subisce ripetutamente la riflessione totale. Le fibre ottiche sono usate in medicina per vedere gli organi interni ed hanno un sempre maggiore utilizzo per la costruzione di linee di telecomunicazione.

miraggio (5K)

La riflessione totale è anche la causa di miraggi: viaggiando in auto in una calda giornata di sole, sembra di vedere bagnato l'asfalto in lontananza e talvolta si vede anche il riflesso di un albero sulla strada. L'illusione ottica è dovuta alla riflessione totale subita dai raggi di luce che attraversano strati di aria sempre più densi.


Copyleft Ludovica Battista

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