Il Miraggio - Liceo Scientifico 'E.Mattei'
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Prof. Gian Piero Pugliese<br />
Lezioni di Fisica
<strong>Il</strong> miraggio<br />
Fin dai tempi più remoti, il miraggio è stato un fenomeno che ha<br />
destano nell’uomo paura e al tempo stesso meraviglia, proprio<br />
perché non conosciuto come una qualsiasi altra manifestazione della<br />
natura.<br />
Oggi il miraggio non suscita paura, continua però a meravigliare con<br />
immagini che a volte spettacolari.<br />
Prof. GP Pugliese - Lezioni di Fisica<br />
Ma cos’è il miraggio ?
È un fenomeno fisico<br />
che si verifica in determinate condizioni<br />
atmosferiche, direttamente dipendenti dalla<br />
densità dell’aria e dalla temperatura che<br />
influenza la densità dell’aria.<br />
detto anche illusione ottica che mostra gli oggetti<br />
in una posizione diversa da quella dove essi<br />
sono realmente collocati.<br />
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un raggio di luce (retta r) è riflesso dallo<br />
strato caldo del terreno (retta s).<br />
L’osservatore vedrà l’oggetto nella<br />
direzione della retta s.<br />
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r<br />
s
per comprendere correttamente<br />
il miraggio è necessario<br />
conoscere due fenomeni di<br />
ottica<br />
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la riflessione<br />
e<br />
la rifrazione
La riflessione<br />
È un fenomeno fisico che si verifica<br />
quando un raggio di luce, proveniente da<br />
una sorgente luninosa (NB1), (NB1) , incontra una<br />
superficie piana speculare (specchio)<br />
<strong>Il</strong> fenomeno è governato da due leggi:<br />
leggi della riflessione.<br />
NB1:con il termine sorgente luminosa si intende tanto una sorgente dotata di<br />
luce propria (una lampada), quanto un oggetto illuminato che diffonde raggi<br />
luminosi provenienti da un’altra sorgente.
Leggi della riflessione<br />
1° legge<br />
raggio incidente, raggio riflesso e normale alla superficie speculare,<br />
stanno tutti sullo stesso piano. piano<br />
2° legge<br />
L’angolo che il raggio indicente forma con al normale, è uguale<br />
all’angolo che il raggio riflesso forma con la normale.<br />
i = r<br />
raggio riflesso<br />
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r<br />
normale al piano<br />
dello specchio<br />
i<br />
raggio incidente<br />
specchio<br />
sorgente
La rifrazione<br />
È un fenomeno fisico che si verifica quando un<br />
raggio di luce attraversa la superficie che separa<br />
due mezzi trasparenti di diversa densità (p.e.<br />
aria-acqua).<br />
<strong>Il</strong> fenomeno è governato da due leggi:<br />
leggi della rifrazione.<br />
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Leggi della rifrazione<br />
1° legge<br />
raggio incidente, raggio rifratto e normale alla superficie<br />
dei due mezzi, stanno tutti sullo stesso piano. piano<br />
sen(<br />
i)<br />
sen(<br />
r)<br />
n<br />
2° 2° legge ir<br />
<strong>Il</strong> rapporto OP’/OQ’ è costante ed è uguale<br />
n ri , indice di rifrazione relativo ai due mezzi,<br />
in questo caso aria - acqua .<br />
Riteniamo necessario precisare che:<br />
sen(i)/sen(r)= indice rifrazione acqua/indice rifrazione aria<br />
i è l’angolo che il raggio incidente forma con la normale (in<br />
questo caso quello che si sposta nel mezzo aria.<br />
r è l’angolo che il raggio rifratto forma con al normale (in<br />
questo caso quello che si sposta in acqua).<br />
=<br />
aria<br />
Superficie di separazione<br />
acqua<br />
acqua<br />
raggio<br />
rifratto<br />
Q<br />
Q’<br />
r<br />
O<br />
i<br />
P<br />
P’<br />
sorgente<br />
raggio incidente<br />
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aria<br />
Superficie di separazione<br />
acqua<br />
acqua<br />
raggio rifratto<br />
Q<br />
Q’<br />
O<br />
P<br />
P’<br />
sorgente<br />
raggio incidente<br />
aria<br />
Superficie di separazione<br />
acqua<br />
acqua<br />
Fig. 01 Fig. 02<br />
raggio incidente<br />
sorgente<br />
Q<br />
Q’<br />
O<br />
P<br />
P’<br />
raggio rifratto<br />
Quando il raggio di luce passa da un mezzo meno denso verso un mezzo più<br />
denso, il raggio rifratto si avvicina alla normale (Fig. 01)<br />
Quando il raggio di luce passa da un mezzo più denso verso un mezzo meno<br />
denso, il raggio rifratto si allontana dalla normale (Fig. 02)<br />
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Un primo esempio di<br />
illusione ottica<br />
prendiamo in esame la Fig.03. Una<br />
sorgente luminosa (o corpo qualsiasi<br />
che emette raggi di luce) si trova in<br />
acqua (mezzo più denso dell’aria), nel<br />
punto S. Consideriamo il raggio di luce<br />
SO, nel punto di separazione (punto O),<br />
il raggio SO subisce la rifrazione e si<br />
propaga nel mezzo meno denso (aria)<br />
lungo la direzione OR.<br />
L’osservatore, dal punto R, vedrà<br />
l’oggetto in S’, mentre l’oggetto<br />
realmente si trova in S.<br />
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aria<br />
Superficie di<br />
separazione<br />
acqua<br />
acqua<br />
S’<br />
Fig. 03<br />
raggio incidente<br />
sorgente<br />
Normale alla<br />
superficie di<br />
separazione<br />
S<br />
O<br />
R<br />
raggio rifratto
È un fenomeno che si verifica<br />
quando un raggio di luce incide<br />
sulla superficie di separazione di<br />
due mezzi trasparenti aventi<br />
diversa densità (p.e. acqua-aria)<br />
con un angolo di incidenza<br />
maggiore dell’angolo limite.<br />
Nel fenomeno della rifrazione,<br />
l’angolo rifratto aumenta con<br />
l’aumentare dell’angolo di<br />
incidenza. Quando l’angolo di<br />
incidenza supera un limite detto<br />
appunto angolo limite, il raggio<br />
non si rinfrange, ma si riflette<br />
secondo le leggi della riflessione.<br />
La riflessione totale<br />
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aria<br />
acqua<br />
acqua<br />
raggio riflesso<br />
O<br />
Superficie di separazione<br />
Angolo limite<br />
sorgenti<br />
Per angolo limite si intende un<br />
angolo di incidenza î (colorato in<br />
rosso) al quale corrisponde un<br />
angolo rifratto pari 90° rispetto alla<br />
normale. Per ogni coppia di mezzi<br />
esiste un angolo limite.<br />
Angolo di<br />
incidenza<br />
Generalmente il fenomeno della riflessione<br />
totale, avviene quando il raggio luminoso passa<br />
da un mezzo avente indice di rifrazione<br />
maggiore verso un mezzo con indice di rifrazione<br />
minore.<br />
î
Ci è necessario ancora comprendere un altro concetto<br />
prima di dare una esauriente spiegazione del miraggio:<br />
come varia la densità dell’aria<br />
<strong>Il</strong> volume di una data massa d’aria varia con la temperatura per<br />
come prevede la I° legge di Gay-Lussa (V=volume T=temperatura)<br />
V = V 0(1+ (1+αT) T)<br />
a parità di massa la densità dell’aria diminuisce con l’aumentare del<br />
volume d = m/V<br />
volume d = m/V<br />
poiché il volume aumenta con la temperatura, la densità dell’aria<br />
diminuisce con l’aumentare della temperatura<br />
d 1/T
Possiamo ora spiegare il miraggio<br />
(esempio di miraggio inferiore)<br />
normale<br />
La zona sottostante la linea di separazione è molto calda a causa del calore che rilascia il<br />
terreno, l’aria che si trova in questa zona ha densità bassa. Al contrario, l’aria che si<br />
trova sopra la linea di separazione è più fredda e per questa ragione più densa di<br />
quella sottostate. Se il raggio incidente (raggio r) supera l’angolo limite (disegnato in<br />
rosso), si avrà la riflessione totale e l’osservatore vedrà l’oggetto secondo la direzione<br />
della retta s, per come spiegato nella diapositiva “La “ La riflessione totale”.<br />
r<br />
s
Un altro esempio<br />
(esempio di miraggio superiore)<br />
In questo caso l’aria meno densa la troviamo nella zona<br />
sovrastante, quella più densa in quella sottostante. <strong>Il</strong> fenomeno della<br />
riflessione totale si ripete analogamente come spiegato nella<br />
diapositiva precedente, ma nella zona sottostante: l’oggetto sarà<br />
visibile in alto.
aria<br />
Come varia la densità dell’aria<br />
Riteniamo necessario precisare che quando il fenomeno della rifrazione<br />
o della riflessione totale si verifica<br />
acqua<br />
acqua<br />
tra due mezzi diversi tra loro e stabilmente densi (aria-acqua o ariavetro),<br />
l’indice di rifrazione è unico e i raggi incidenti e rifratti sono<br />
rette.fig 01<br />
in un mezzo a densità variabile (p.e. in aria), l’indice di rifrazione cambia<br />
con la densità e il raggio rifratto risulterà essere una curva.(fig. 02)<br />
fig. 01 fig. 02<br />
Superficie di separazione<br />
raggio rifratto<br />
Q<br />
Q’<br />
r<br />
O<br />
i<br />
P<br />
P’
Grazie della’attenzione<br />
Prof. GP Pugliese - Lezioni di Fisica