1 onde elettromagnetiche velocità dellonda: permeabilità magnetica del vuoto costante dielettrica...
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1
00
1
c
Onde elettromagnetiche
Velocità dell’onda:
SdjSdEdt
drdBc
SdB
dVSdE
0
2
0
1
0
1
AmT 7
0 104 Permeabilità magnetica del vuoto
cB
E SdB
dt
drdE
0 “costante dielettrica del vuoto”
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Principio di Huygens:
Tutti i punti su un fronte d’onda fungono da sorgenti puntuali di onde elementari sferiche secondarie. Dopo un certo tempo t, la nuova posizione del fronte d’onda sarà la tangente superficiale a queste onde secondarie.
Fronte d’onda all’istante t=0 Nuova posizione del fronte d’onda all’istante t=t
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Come vedere il carattere ondoso della luce?Esempio: luce che entra in un materiale trasparente (vetro) -> rifrazione
L’attraversamento da parte della luce di una superficie di separazione ( o interfaccia) tra due mezzi materiali è chiamato rifrazione, e la luce si dice rifratta.
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vTk
Si può misurare (lo discutiamo fra poco) che la velocità della luce è più bassa nel vetro che nel vuoto:
Se la luce è un’onda, se la sua velocità si abbassa nel vetro,
e data la relazione
Cosa cambierà? T o ?
v
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Esempio: macchine in autostrada, v=100km/h, distanza 100 m.
Cosa succede se devono abbassare la velocità a 50 km/h?
Se il traffico non deve fermarsi, e se non e’ possibile creare macchine dal niente, devono continuare con una nuova distanza fra di loro di 50 m, mentre il tempo che passa fra il passaggio di una macchina e l’altra rimane costante.
La stessa cosa vale per le creste di un’onda:
6
2
1
2
1
v
v
chl 1
1sin
chl 2
2sin
Per il triangolo hce:
Per il triangolo hcg:
2
1
2
1
2
1
sin
sin
v
v
Rifrazione di un’onda piana su una superficie piana
2
2
1
1
vvghtcet
7
conv
cn Indice di rifrazione
2
1
2
1
2
1
sin
sin
n
n
ncnc
2211 sinsin nn Legge di rifrazione
La legge di rifrazione si può spiegare, assumendo un carattere ondoso della luce.
Un modo ancora più diretto per vedere il carattere ondoso della luce è il fenomeno di diffrazione:
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Diffrazione
Se un’onda incontra una barriera che ha un apertura di dimensioni simili alla lunghezza d’onda, l’onda che l’oltrepassa si allarga, cioè si diffrange, nella zona oltre la barriera.
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Qualitativamente
(ignorando effetti di interferenza):
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Esperimento di Young (1801)
La diffrazione può essere studiata in modo quantitativo usando il fenomeno di interferenza
Frange di interferenza
frange chiare
frange scure
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=> Interferenza di onde
txkytxy m sin),(1
txkytxy m sin),(2
sia
txktxkytxytxytxy m sinsin),(),(),( 21
Si può dimostrare: 21
21 cossin2sinsin
21
21 sincos2),( txkytxy m
Quando due onde sinusoidali aventi stessa ampiezza e lunghezza d’onda si muovono in maniera concorde nella stessa direzione lungo una corda tesa, esse interferiscono a formare un’onda risultante sinusoidale che si propaga sempre nella medesima direzione
con 21cos2 mm yy
1227
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Posizione delle frange
Differenza di cammino
sindL
Interferenza costruttiva per differenza di cammino L uguale a zero o a un multiplo intero di lunghezze d’onda:
intsindL
md sin con m=0,1,2,... massimi, frange chiare
21sin md minimi, frange scure
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Esempio:
Lunghezza d’onda =546 nm,
distanza tra le fenditure d=0.12 mm
distanza D tra gli schermi D=55 cm
si assuma che l’angolo sia sufficientemente piccolo da poter introdurre l’approssimazione sin=tan=
Qual è la distanza tra due massimi vicino al centro della figura d’interferenza?
D
ymtanPer ym sappiamo:
Massimo di ordine m:d
m sin
d
Dmym
d
Dmym
11
mmm
mm
d
Dyyy mm 5.2
1012.0
1055105463
29
1
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Interferometro di Michelson (1881)
Specchio semiriflettente
Sorgente di luce
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Diffrazione da singola fenditura:
Posizione dei minimi
…poiche’ l’analisi della diffrazione e’ piu’ complessa sotto l’aspetto matematico, affronteremo il problema solo per le frange scure:…
…si divide mentalmente la fenditura in due segmenti di uguale larghezza a/2…
all’interno della fenditura le onde dei raggi r1 e r2 sono in fase, poiche’ originano dallo stesso fronte d’onda. Quando raggiungono P1 esse, per generare una frangia scura, devono essere sfasate di /2
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Attenzione: scala!
D>>a, y>>a
y
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2sin
2
a
sina
Primo minimo
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ma sinIn generale:
Minimi, frange scure
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Reticoli di diffrazione
o fenditure
o intagli paralleli in superfici opache
md sinMassimi, righe chiare