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DISPENSE DI SCIENZE
CLASSI PRIME
SCUOLA SAN LUIGIGARBAGNATE MILANESE
corso del prof. Michele Liati
UNITÀ TRE
LUCE E COLORI
anno scolastico 2017-2018
Nota: La presente unità corrisponde all'unità 18 del volume A del testo “Accademia delle Scienze”. Contiene schede integrative e di approfondimento, riassunti e mappe concettuali e, in generale, tutto quello che è stato spiegato e fatto durante le lezioni di scienze, pertanto costituisce un utile strumento per prepararsi alle interrogazioni e alle verifiche. Queste dispense NON SOSTITUISCONO il libro di testo.Inoltre le parti più importanti sono tutte in STAMPATELLO, quindi ben leggibili anche per chi presenta maggiori difficoltà con i caratteri stampati.
Legenda dei colori: pagine con riquadro rosso : contengono gli argomenti più importanti da studiare.pagine con riquadro blu : costituiscono parti di approfondimentopagine con riquadro verde: descrivono esperienze pratiche fatte in classepagine con riquadro arancio: contengono riassunti e mappe
I FENOMENI OTTICI (DELLA LUCE)
SORGENTI DI LUCE E CORPI ILLUMINATI:
LA LUCE = E' UNA FORMA DI ENERGIA, EMESSA DA ALCUNI CORPI, DETTI SORGENTI LUMINOSE, CHE SI PROPAGA NELLO SPAZIO (ANCHE NEL VUOTO).
ESEMPI DI SORGENTI LUMINOSE:NATURALI: SOLE, STELLE, FUOCO, ETC.ARTIFICIALI: LAMPADINA, TORCIA, ETC.
GLI ALTRI CORPI CHE NON SONO SORGENTI LUMINOSE, SONO CORPI ILLUMINATI, E SONO VISIBILI SOLO QUANDO VENGONO “COLPITI DALLA LUCE”.
I CORPI ILLUMINATI SI DIVIDONO IN:
- CORPI TRASPARENTI, SE SI LASCIANOATTRAVERSARE COMPLETAMENTE DALLA LUCE (ESEMPIO: VETRO, ARIA, ACQUA)
- CORPI TRASLUCIDI, SE SI LASCIANO ATTRAVERSAREPARZIALMENTE DALLA LUCE.(ESEMPIO: VETRO SMERIGLIATO, CARTA OLEATA)
- CORPI OPACHI, SE NON SI LASCIANO ATTRAVERSARE DALLA LUCE.(ESEMPIO: LEGNO, METALLO, ROCCIA ETC)
I CORPI OPACHI DIFFONDONO GENERALMENTE LA LUCE CHE RICEVONO, ALCUNI INVECE LA RIFLETTONO (SPECCHI, SUPERFICI RIFLETTENTI)
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MAPPA CONCETTUALE
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LA LUCE
CORPI ILLUMINATI
TRASPARENTI
TRASLUCIDI
SORGENTI LUMINOSE
NATURALI
OPACHI
ARTIFICIALI
CHE DIFFONDONOLA LUCE
CHE RIFLETTONOLA LUCE
PROPRIETA' DELLA LUCEPROPAGAZIONE IN LINEA RETTA
LA LUCE SI PROPAGA IN LINEA RETTA
DA QUESTA PROPRIETA' ORIGINA IL FENOMENO DELLE OMBRE (E PENOMBRE)
LA FORMAZIONE DELL'OMBRA
QUANDO UN CORPO OPACO VIENE COLPITO DALLA LUCE DI UNA SORGENTE PUNTIFORME (CIOE' CON DIMENSIONI MOLTO PICCOLE) LA PARTE DEL CORPO RIVOLTA VERSO LA SORGENTE RISULTA ILLUMINATA, MENTRE LA PARTE OPPOSTA NON E' ILLUMINATA. DIETRO IL CORPO SI FORMA UN “CONO D'OMBRA” CHE POSSIAMO “VEDERE” PROIETTATO SU UNO SCHERMO O UNA PARETE.
LA LUCE NON AGGIRA L'OSTACOLO COME FAREBBE INVECE IL SUONO.
LA FORMAZIONE DELLA PENOMBRA
QUANDO UN CORPO OPACO VIENE COLPITO DALLA LUCE DI UNA SORGENTE ESTESA (CIOE' NON PUNTIFORME) DIETRO IL CORPO SI FORMA SIA UNA ZONA DI OMBRA SIA UNA ZONA DI PENOMBRA (PARZIALMENTE ILLUMINATA).
QUESTO ACCADE PERCHE' LA SORGENTE ESTESA PUO' ESSERE PENSATA COME UN INSIEME DI SORGENTI PUNTIFORMI, E ALCUNE ZONE IN OMBRA RISPETTO AD ALCUNI PUNTI DELLA SORGENTE SONO INVECE ILLUMINATI DAGLI ALTRI PUNTI DELLA SORGENTE.
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PROPRIETA' DELLA LUCEASSORBIMENTO E DIFFUSIONE
QUANDO LA LUCE COLPISCE UN CORPO OPACO QUESTA VIENE ASSORBITA DAL CORPO, MA VIENE POI RIEMESSA IN TUTTE LE DIREZIONI, OVVERO DIFFUSA.
E' GRAZIE AL FENOMENO DELLA DIFFUSIONE CHE NOI VEDIAMO I CORPI ILLUMINATI.
CORPI NERI, BIANCHI E COLORATI.
CORPI NERI: SE LA LUCE E' COMPLETAMENTE ASSORBITA DAL CORPO, IL CORPO APPARE NERO.
CORPI BIANCHI: SE QUASI TUTTA LA LUCE E' DIFFUSA DAL CORPO QUESTO APPARE BIANCO.
CORPI COLORATI: LA LUCE E' COMPOSTA DI DIVERSI COLORI, QUANDO UN CORPO ASSORBE QUASI TUTTE LA LUCE, MA DIFFONDE IN TUTTO LO SPAZIO CIRCOSTANTE SOLO UN DETERMINATO COLORE (O INSIEME DI COLORI) APPARE COLORATO.
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Esperienza fatta in classe
LA CAMERA OSCURA:LUCE E IMMAGINI
Una “Camera oscura” può essere costruita molto semplicemente con una scatola chiusa qualsiasi:su un lato della scatola pratichiamo un piccolo foro.Dalla parte opposta ricaviamo una apertura più ampia, rettangolare che faccia da “schermo” e incolliamoci una carta di materiale “traslucido” (ad esempio della carta da forno).
Se facciamo passare della luce attraverso il foro (ad esempio la luce di una torcia) vedremo l'immagine della luce comporsi in fondo allo 'schermo' della camera oscura.
Muovendo la luce davanti al foro possiamo verificare che l'immagine della luce andrà a proiettarsi dalla parte opposta (se la luce è in alto, l'immagine è in basso e viceversa).
Questo pare abbastanza ovvio se pensiamo che la luce è costretta a passare attraverso il piccolo foro e che viaggia in linea retta.
Ma questo fenomeno diventa più interessante se posizioniamo davanti alla “camera oscura” un qualunque oggetto che proviamo ad illuminare con una sorgente.La luce diffusa dall'oggetto entra nella camera oscura attraverso il foro, ma l'immagine che si compone sullo schermo risulta capovolta.
La camera oscura è alla base della fotografia, ma anche il nostro occhio funziona in modo simile.
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PROPRIETA' DELLA LUCELA RIFLESSIONE
CORPI RIFLETTENTI: ALCUNI CORPI (GENERALMENTE CON SUPERFICI “LEVIGATE”) QUANDO VENGONO COLPITI DALLA LUCE, NON LA DIFFONDONO IN TUTTE LE DIREZIONI, MA LA RIFLETTONO IN UNA UNICA DIREZIONE
DIFFERENZA TRA DIFFUSIONE E RIFLESSIONE:DIFFUSIONE: LA LUCE E' RIEMESSA IN TUTTE LE DIREZIONIRIFLESSIONE: LE LUCE E' RIEMESSA IN UN'UNICA DIREZIONE, SECONDO LE LEGGE SEGUENTE
LEGGE DELLA RIFLESSIONE
DIRIGIAMO UN FASCIO DI LUCE (CHE SI PROPAGA IN LINEA RETTA) VERSO UNA SUPERFICIE RIFLETTENTE. IL RAGGIO DI LUCE CHE COLPISCE LA SUPERFICIE VIENE DETTO RAGGIO INCIDENTE, E FORMA CON LA RETTA PERPENDICOLARE (VERTICALE) ALLA SUPERFICIE RIFLETTENTE UN ANGOLO DETTO INCIDENTE.IL RAGGIO DI LUCE CHE “RIMBALZA” SULLA SUPERFICIE E' DETTO RAGGIO RIFLESSO, E FORMA CON LA RETTA PERPENDICOLARE UN ANGOLO DETTO RIFLESSO.
ANGOLO INCIDENTE E ANGOLO RIFLESSO SONO SEMPRE UGUALI (E APPARTENGONO AD UNO STESSO PIANO, SONO CIOE' COMPLANARI).
LE LEGGI DELLA RIFLESSIONE SONO ALLA BASE DELLA FORMAZIONEDELLE IMMAGINI RIFLESSE, IMMAGINI VIRTUALI – CIOE' NON REALI – CHE SEMBRANO RICOSTRUIRSI DIETRO LA SUPERFICIE DELLOSPECCHIO.
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PROPRIETA' DELLA LUCELA RIFRAZIONE
IL FENOMENO DELLA RIFRAZIONE SI CREA QUANDO LA LUCE PASSA DA UN MEZZO TRASPARENTE ADUN ALTRO MEZZO TRASPARENTE: LA LUCE “DEVIA” DAL SUO PERCORSO ORIGINARIO.
LEGGE DELLA RIFRAZIONE
QUANDO LA LUCE PASSA DA UN MEZZO MENO DENSO AD UNO PIU' DENSO (ARIA-ACQUA) LA LUCE DEL RAGGIO RIFRATTO SI AVVICINA ALLA PERPENDICOLARE (L'ANGOLO DIMINUISCE)
QUANDO LA LUCE PASSA DA UN MEZZO PIU' DENSO AD UNO MENO DENSO (ESEMPIO: ACQUA-ARIA)LA LUCE DEL RAGGIO RIFRATTO SI ALLONTANA DALLA PERPENDICOLARE (L'ANGOLO AUMENTA)
RIFLESSIONE TOTALE : SI VERIFICA QUANDO L'ANGOLO RIFRATTO E' TANTO AMPIO CHE LA LUCE NON RIESCE A “SFUGGIRE” AL PRIMO MEZZO, E VIENE SOLO RIFLESSA.
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Esperienza fatta in classe
VERIFICA DELLE LEGGI DELLA RIFLESSIONE E DELLA RIFRAZIONE
Utilizziamo una vasca di plastica trasparente. La riempiamo di acqua. Sul fondo della vasca posizioniamo uno specchio. Sulla parete posteriore della vasca, esternamente, posizioniamo un goniometro di carta, in modo da poter misurare gli angoli formati dai fasci di luce.
Con una torcia facciamo entrare nell'acqua un fascio di luce, orientandolo verso il centro dello specchio, e quindi verso il centro del goniometro.
Verifichiamo che l'angolo riflesso è uguale all'angolo incidente.
Con la stessa esperienza verifichiamo che il raggio rifratto devia rispetto direzione incidente e quindi alla verticale entrando nell'acqua.
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Esperienza fatta in classe
ESPERIENZA DELLA MONETA CHE 'GALLEGGIA'.
Prendiamo un contenitore non molto alto. Mettiamo sul fondo del contenitore una moneta.Ora poniamoci in una posizione in cui non possiamo vedere la moneta perché nascosta dal bordo delrecipiente. Manteniamo questa posizione e riempiamo – o facciamo riempire da qualcun altro – il recipiente o dell'acqua. Notiamo che man mano che l'acqua riempie il recipiente la moneta “riappare” come se galleggiasse nell'acqua.
Spiegazione
In realtà la moneta è rimasta sul fondo del recipiente.Noi riusciamo a vederla per il fenomeno della rifrazione.La luce diffusa dalla moneta (che costituisce la sua immagine) si propaga in tutte le direzioni, e uscendo dall'acqua, passando in un mezzo meno denso, “devia” verso il basso e giunge fino al nostroocchi superando il bordo del recipiente.Il nostro occhio “vede” la moneta come se si trovasse più in alto, ovvero sul pelo dell'acqua.
bacchette 'spezzate' nell'acqua.
Il fenomeno della rifrazione è all'origine di un altro fenomeno moltocomune:se mettiamo una bacchetta o una matita nell'acqua, questa ci apparepiegata o spezzata.Questo appunto perché l'immagine della matita immersa nell'acquagiunge al nostro occhio dopo aver deviato di un certo angolo.
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PROPRIETA' DELLA LUCELA DISPERSIONE
IL FENOMENO DELLA DISPERSIONE E' UNA CONSEGUENZA DELLA RIFRAZIONE.
LA LUCE – COME VISTO – DEVIA PASSANDO IN UN MEZZO PIU' DENSO.LA LUCE E' COMPOSTA DA DIVERSI COLORI. OGNI COLORE DEVIA CON DIVERSI ANGOLI, PIU' O MENOAMPI. PER IL FENOMENO DELLA RIFRAZIONE E' QUINDI POSSIBILE SCOMPORRE LA LUCE NEI SUOI DIVERSI COLORI.
QUESTO PUO' ESSERE OTTENUTO – PER ESEMPIO – FACENDO PASSARE LA LUCE ATTRAVERSO UN PRISMA DI VETRO.
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Esperienza fatta in classe
LA DISPERSIONE DELLA LUCEl'arcobaleno in classe
Per questa esperienza utilizziamo una boccia di vetro,che riempiamo di acqua, ed una torcia elettrica.
Dopo aver fatto un po' di buio nella stanza, facciamopassare la luce della torcia attraverso l'acquacontenuta nella boccia, dal basso verso l'alto, in modo che la luce – uscendo dall'acqua – attraversi anche il vetro.
Sulla parete opposta si forma una curva di colorisimile ad un arcobaleno.
Spiegazione
l'arcobaleno – ovvero la scomposizione della luce nei suoi diversi colori - è prodotto dall'acqua e dalvetro. i quali - per il fenomeno della rifrazione - deviano i diversi colori con angoli differenti.
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MAPPA CONCETTUALE
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FENOMENI DELLA LUCE
I corpi riflettenti (specchi) riflettono la luce con angoli uguali
I corpi opachi assorbonoe riemettono la luce
La luce “devia” passando da un mezzo trasparente
ad un altro mezzo trasparente con densità differente
ASSORBIMENTO E DIFFUSIONE
RIFLESSIONE
RIFRAZIONE
DISPERSIONE La luce viene scompostanei diversi colori
COS'E' LA LUCE
LA LUCE E' COSTITUITA DA ONDE ELETTROMAGNETICHE E RAPPRESENTA SOLO UNA PICCOLA PARTE DELL'INTERO SPETTRO ELETTROMAGNETICO.
(per “spettro” s'intende l'insieme delle diverse frequenze che possono avere le onde elettromagnetiche).
VELOCITA' DELLA LUCE : LE ONDE ELETTROMAGNETICHE SI MUOVO NEL VUOTO CON UNA VELOCITA'DI CIRCA 300 MILA CHILOMETRI AL SECONDO. E' LA MASSIMA VELOCITA' RAGGIUNGIBILE.NIENTE PUO' SUPERARE LA VELOCITA' DELLA LUCE.
I VARI COLORI DELLA LUCE VISIBILE CORRISPONDONO A DIVERSE FREQUENZE (E QUINDI LUNGHEZZAD'ONDA) DELLE ONDE ELETTROMAGNETICHE.
ALTRE ONDE ELETTROMAGNETICHE SONO:- ONDE RADIO- MICROONDE- ONDE NELL'INFRAROSSO- ONDE NELL'ULTRAVIOLETTO- RAGGI X- RAGGI GAMMA
AL CRESCERE DELLE FREQUENZA (DIMINUIRE DELLA LUNGHEZZA D'ONDA) CRESCE L'ENERGIA DELLE ONDE ELETROMAGNETICHE
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MAPPA CONCETTUALE
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LA LUCE VISIBILE E' SOLO UNA PICCOLA PARTE DELLO SPETTRO ELETTROMAGNETICO
SE CRESCE LA FREQUENZACRESCE L'ENERGIA DELL'ONDA
ONDE RADIO
MICROONDE
INFRAROSSO
LUCE VISIBILE
ULTRAVIOLETTO
RAGGI X
RAGGI GAMMA
COMPOSIZIONE DELLO SPETTRO ELETTROMAGNETICO
Maggiore frequenza
Minore lunghezza d'onda
Maggiore energia
VIDEO VISTI IN CLASSE E CONSIGLIATI
Consiglio la visione dei seguenti video sulla luce e i colori :
Luce e colori - 1 (clicca sul link – esterno – per vedere il video)
Luce e colori - 2 (clicca sul link – esterno – per vedere il video)
Luce e colore (clicca sul link – esterno – per vedere il video)
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