Dai colori alle stelle: un excursus tra Fisica e Ottica

Dai colori alle stelle:
un excursus
tra Fisica e Ottica

Martina Giordani
Facoltà di Scienze matematiche, fisiche e naturali
Corso di Laurea in Ottica e Optometria
Federica Ricci
Facoltà di Scienze matematiche, fisiche e naturali
Corso di Laurea in Fisica

Quando osserviamo oggetti,
in generale i nostri occhi
vedono luce riflessa.
La luce è caratterizzata
dalla frequenza,o indifferentemente
dalla lunghezza d’onda (λ).

L’occhio umano è sensibile solo ad una piccola parte dello
spettro elettromagnetico: la luce visibile. La luce visibile ha
una lunghezza d’onda compresa tra 400nm e 700nm.

La luce bianca è una combinazione di tutte le lunghezze
d’onda in egual misura secondo la sintesi additiva, tecnica
nella quale i colori sono prodotti grazie alla sovrapposizione
di raggi di luce di colori differenti. Lo stesso occhio opera
una sintesi additiva, infatti quando la luce del Sole illumina
un oggetto colorato, esso ne assorbe solo una parte e riflette il
resto delle onde. In altre parole tutti gli oggetti che noi
vediamo colorati lo sono perché, quando vengono investiti
dalla luce, riflettono solo quella del loro colore e assorbono la
restante. Dunque il colore percepito non è una proprietà
intrinseca dell’oggetto, bensì dipende dai processi che
avvengono all’interno dei nostri occhi.

I raggi luminosi, passando attraverso la pupilla arrivano
sulla retina, dove vengono convertiti in segnali elettrici che
arrivano fino al cervello, che è responsabile della visione

L’EMMETROPIA è la condizione normale dell’occhio, in cui i raggi provenienti
dall’infinito hanno il loro fuoco esattamente sulla retina e formano immagini nitide.
Quando ciò non accade si va incontro a difetti visivi, come la miopia e
l’ipermetropia

Nella MIOPIA il fuoco di raggi provenienti dall’infinito si forma
davanti alla retina. La conseguenza è che gli oggetti osservati tendono
ad apparire sfocati, e la visione è migliore a breve distanza. La miopia
può essere corretta con lenti divergenti o negative

Nell’IPERMETROPIA il fuoco di raggi provenienti dall’infinito si
forma dietro alla retina. L’ipermetropia può essere corretta con
lenti convergenti o positive

I due principali tipi di lenti usati nell’ottica clinica

Si possono fare diversi trattamenti superficiali alle lenti, come ad
esempio il trattamento indurente, quello antiriflesso e quello
anti-imbrattamento

Ecco un confronto tra una lente trattata e una non trattata

Sicuramente avete usato un paio di occhialini come questi …
… giusto?!
Questo è un esempio di come Fisica ed Ottica siano
strettamente legate tra loro, ma soprattutto di come
siano riscontrabili nella vita di tutti i giorni. Questi
occhiali sono composti da lenti polarizzate, cioè …

Un polarizzatore o filtro polarizzatore è un apparecchio che è
trasparente per la componente del campo che vibra in una determinata
direzione, mentre assorbe quella che vibra nella direzione perpendicolare

Nella vita di tutti giorni un esempio di filtri polarizzanti è dato, oltre che dagli
occhialini 3d, anche da alcuni tipi di occhiali da sole (come i polaroid), che permettono
una visione più nitida dell’ambiente che ci circonda.
SENZA FILTRO
Eccone un esempio.
CON FILTRO
Si può notare come la presenza di un filtro polarizzatore cambi la percezione visiva del
paesaggio, che appare ben differente nelle due foto senza e con filtro

Grazie all’approfondita conoscenza delle leggi che descrivono il
comportamento di fasci di luce incidenti su un sistema di lenti, è possibile
spiegare anche fenomeni che avvengono nelle profondità dell’universo.
La luce è composta da fotoni. I fotoni,
che trasportano un’energia, risentono
anch’essi dell’attrazione gravitazionale
dovuta alle altre forme di energia; nelle
vicinanze di concentrazioni di materia la
luce non viaggia in linea retta ma curva,
come in una lente

Lente gravitazionale dell’ammasso di Abell 1689
Le numerose “lunette”
sono immagini multiple di
galassie che si trovano al di
là di un ammasso, la cui
materia visibile non è
sufficiente a spiegare una
tale distorsione delle
immagini delle galassie

IL FENOMENO DELLA LENTE
GRAVITAZIONALE
La luce proveniente da una galassia lontana viene deviata dalla materia che incontra
lungo il percorso. Come risultato, dalla Terra si vedono diverse immagini della stessa
galassia

Il fenomeno della dispersione
della luce consiste nella
separazione di un fascio luminoso
nelle sue componenti, a seconda
delle lunghezze d’onda di cui è
composto.
Si può costruire uno spettro
luminoso separando i vari colori
che costituiscono il fascio.

La spettroscopia può essere usata anche in astrofisica, in
quanto ci permette di studiare lo spettro della radiazione
emessa dalle stelle.
Spettro di luce solare con linee di assorbimento dell’atmosfera
Lo spettro della stella Vega nella Lira.
Magnitudine 0.03, tipo spettrale A0

L’ ARCOBALENO
Un esempio frequente in natura di
dispersione della luce è il
fenomeno dell’arcobaleno. Infatti
dopo un temporale il cielo è carico
di vapore acqueo; queste
goccioline investite dalla luce si
comportano come dei prismi,
separando il fascio e dando vita a
uno spettacolo eccezionale.

IN OTTICA:
In Ottica la dispersione può influenzare la qualità della lente.
Una classificazione quantitativa della dispersione può essere data
tramite il numero di Abbe
che misura la COSTRINGENZA di un mezzo
•Alta costringenza
•Bassa costringenza
bassa costringenza = alta dispersione (bassa qualità della lente)
alta costringenza = bassa dispersione (alta qualità della lente)

Il telescopio è uno strumento che raccoglie la luce proveniente da un oggetto lontano, la
concentra in un punto (detto fuoco) e ne produce un' immagine ingrandita.
Principio di
funzionamento di
un cannocchiale, e
anche di un
telescopio ottico.
Grazie all’utilizzo del telescopio ottico ma anche di telescopi orbitanti nell’atmosfera terrestre,
come l’Hubble, è possibile osservare molti aspetti del nostro universo altrimenti non osservabili.

Sebbene col termine telescopio si indichi solitamente il telescopio ottico,
operante nelle frequenze della luce visibile, esistono telescopi sensibili
anche alle altre frequenze dello spettro elettromagnetico.

Cometa Hale-Bopp,
una delle comete a
lungo periodo