Le onde luminoseChe cos’è la luce?A partire dal ‘600 sono state esposte diverse teorie riguardo la natura della luce.

Modello corpuscolare

Secondo il modello corpuscolare la luce è un flusso di particelle microscopiche emesse dalle sorgenti luminose.

Modello ondulatorio

Secondo il modello ondulatorio la luce è un’onda, simile alle onde che si propagano nell’acqua e a quelle sonore

Ma quale dei due corrisponde a realtà?

La doppia natura della luce

La doppia natura della luceUna serie di esperimenti condotti nel corso del 1800 evidenziarono nella luce la presenza di alcuni fenomeni, quali l’interferenza, tipicamente riconducibili alle onde. Inoltre fu dimostrato che la velocità della luce nell’acqua era minore di quella nel vuoto. Questi risultati fecero prevalere il modello ondulatorio. Alla fine del secolo, il modello si impose del tutto grazie alla previsione di Maxwell, secondo cui “la luce è un’onda elettromagnetica e la perturbazione è qui costituita da campi elettrici e magnetici, che si propagano anche nel vuoto”

In foto: James Maxwell

Tuttavia, nel 1905 la situazione si complicò nuovamente. Einstein, infatti, scoprì che la luce, quando incide su un metallo e provoca il cosiddetto “effetto fotoelettrico”, si comporta in tutto e per tutto come una pioggia di particelle, detti fotoni.

La doppia natura della luce

Oggi si ritiene che entrambi i modelli siano validi: la luce si comporta in certe situazioni come un’onda, in altre come

un insieme di corpuscoli

L’interferenzaGeneralmente, l’interferenza è un fenomeno dovuto alla sovrapposizione, in un punto, di due o più onde.

Anche la luce, quindi, è caratterizzata da questo fenomeno.

Nelle immagini possiamo vedere due esempi (in 2D e in 3D) di sorgenti coerenti.Due sorgenti sono coerenti quando la differenza di fase tra le onde che queste emettono è costante.

L’interferenza

Interferenza costruttivaDue sorgenti identiche

danno interferenza costruttiva nei punti P per i quali la differenza delle distanze dalle sorgenti è un multiplo intero della lunghezza d’onda

Interferenza distruttivaDue sorgenti identiche

danno interferenza distruttiva nei punti Q per i quali la differenza delle distanze dalle sorgenti è uguale a un multiplo intero della lunghezza d’onda, più mezza lunghezza d’onda

L’esperimento di Young

L’esperimento che dimostrò l’interferenza della luce fu eseguito da Thomas Young. Egli teorizzò infatti che, facendo passare la luce attraverso due fenditure, queste ultime si comportassero come vere e proprie sorgenti, emettendo due onde cilindriche in fase. Quando la luce arrivava alla parete opposta rispetto alle sorgenti,essa non veniva illuminata in modo uniforme, ma presentava una serie di frange di interferenza.

La diffrazioneQuotidianamente, possiamo osservare che la luce disegna ombre nette, ma in condizioni particolari essa diffrange, ovvero aggira gli ostacoli e invade quelle che dovrebbero essere le zone d’ombra.La diffrazione si ha dunque quando la luce non si propaga in linea retta.Lasciando passare un fascio di luce attraverso una fenditura che si restringe sempre di più, vedremo comparire delle frange luminose alternate a zone scure.Più sarà stretta la fenditura, più marcata sarà la diffrazione.

Quando la fenditura raggiungerà le dimensioni della lunghezza d’onda, la diffrazione sarà molto marcata

La diffrazioneNel caso della luce, è possibile analizzare il fenomeno della diffrazione attraverso un reticolo di diffrazione, un piano in cui sono praticate sottili fenditure spaziate regolarmente. La distanza d tra due fenditure è detta passo reticolare.Quando diffrange, la luce genera una fascia luminosa centrale e quelle che si definiscono frange scure

• Le fasce chiare sono generate dalla luce che arriva perpendicolarmente allo schermo

• Le fasce scure