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Che cos'è la luce?

Che cos'è la luce e quali grandezze la caratterizzano?

Quella che comunemente chiamiamo luce visibile, che proviene dal Sole, di colore bianco e che può essere scomposta in altre forme di luce che percepiamo come colori quali ad esempio il rosso o il verde, è un'onda.

Quest'onda è tipo trasversale per cui l'oscillazione avviene perpendicolarmente rispetto alla direzione di propagazione.

Ad oscillare in un'onda luminosa sono un campo elettrico variabile ed un campo magnetico variabile che si inducono a vicenda, oscillando in due piani perpendicolari tra di essi e perpendicolari a loro volta alla direzione di propagazione dell'onda:

onde_elettromagnetiche

Le sorgenti di luce visibile sono le stelle o i corpi riscaldati oltre una certa temperatura, tipicamente 600°C. Tutti gli altri corpi sono visibili in quanto capaci di riflettere in tutto o in parte la luce ricevuta.

Spettro, lunghezza d'onda e frequenza

In realtà il termine più corretto per definire la luce è quello di onda elettromagnetica.

L'insieme di tutte le frequenze che può assumere un'onda elettromagnetica forma lo spettro elettromagnetico.

A partire dalle onde elettromagnetiche a più bassa frequenza, le onde radio, fino a quelle a più alta frequenza ovvero le onde gamma.

Quella che noi chiamiamo luce visibile non è altro che una piccola porzione di frequenze dello spettro elettromagnetico a cui i nostri organi della vista sono sensibili.

Tale porzione si trova subito dopo le frequenze caratterizzanti gli infrarossi e prima delle frequenze dell'ultravioletto:

spettro elettromagnetico

Le onde elettromagnetiche si propagano tutte alla velocità della luce c che è una costante universale e vale nel vuoto:

c = 3 ∙ 108 m/s

una velocità quella della luce che se paragonata alla nostra quotidianità risulta davvero eccezionalmente elevata (un raggio di luce riuscirebbe a percorrere 7 volte il giro della Terra in 1 secondo!) ma che se paragonata alle distanze galattiche risulta estremamente lenta (la distanza tra il centro della nostra galassia e la Terra è di 26000 anni luce ovvero la distanza coperta da un raggio di luce che viaggia a velocità c per 26000 anni). Per info si veda: velocità della luce.

La relazione che lega frequenza e lunghezza d'onda è:

c = f ∙ λ

per cui frequenza (f) e lunghezza d'onda (λ) sono due grandezze inversamente proporzionali.

Ovviamente la lunghezza d'onda è misurata in m o più comodamente certe volte in sottomultipli del metro, mentre la frequenza in Hertz o in multipli.

Onde caratterizzate da basse frequenze hanno grandi lunghezza d'onda dell'ordine anche di decine di metri. Viceversa, le onde gamma a più altra frequenza hanno una piccolissima lunghezza d'onda dell'ordine di 10-12 m (grandezza paragonabile a quella di un nucleo atomico).

Esercizio #1

Nel 1676 si registrò l'eclissi del pianeta Giove con uno scarto di 10 minuti rispetto al momento che era stato teorizzato.

Questo avvenne in quanto il pianeta Giove e la Terra si erano scostati di una certa distanza.

Determinare tale distanza.

Lo svolgimento dell'esercizio lo trovi qui: esercizio sull'eclissi di Giove del 1676.

Esercizio #2

La luce visibile nel vuoto possiede una lunghezza d'onda che varia in un range di 0,8 μm per il rosso fino a un massimo di 0,4 μm per il violetto.

Determinare i valori della frequenza di oscillazione del loro campo elettromagnetico.

Lo svolgimento dell'esercizio lo trovi qui: da lunghezza d'onda a frequenza.

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