Animazioni di ottica fisica
Nove animazioni sulla luce come onda: i fronti d’onda di Huygens che spiegano la rifrazione, le frange di Young, la luce che si allarga passando da una fessura, il reticolo che separa i colori, le bolle di sapone colorate, l’interferometro che misura frazioni di micrometro, i polarizzatori, la luce riflessa che si polarizza, il limite di quello che un occhio o un telescopio può distinguere. Ognuna sta nella sua pagina: si apre, si muovono i cursori, e i numeri li calcola la scena.
La luce come onda
Il principio di Huygens e la rifrazione
Ogni punto raggiunto da un fronte d’onda diventa una sorgente di onde sferiche: nel vetro sono più lente, e il fronte si piega. Ecco la legge di Snell.
L’interferenza della luce
L’esperimento di Young: le due fenditure
Un laser illumina due fenditure vicine: sullo schermo compaiono frange chiare e scure, distanti λL/d. È la prova che la luce è un’onda.
La diffrazione
La diffrazione da una fenditura
La luce che passa da una fessura stretta si allarga: più la fessura è stretta, più la macchia centrale è larga. Al bordo c’è il primo buio, a sin θ = λ / a.
Il reticolo
Il reticolo di diffrazione: separare i colori
Centinaia di fenditure per millimetro danno massimi sottili e lontani: ogni colore va in una direzione diversa, e la luce bianca diventa uno spettro.
Le lamine sottili
Lamine sottili: i colori delle bolle di sapone
La luce riflessa dalle due facce di una lamina d’acqua saponata interferisce: a ogni spessore si rinforza un colore diverso. In alto, dove la lamina è sottilissima, è nera.
L’interferometro
L’interferometro di Michelson: contare le frange
Un fascio diviso in due, due specchi, e i fasci che si ricombinano: spostando uno specchio di mezza lunghezza d’onda passa una frangia. Si misurano i milionesimi di metro.
La polarizzazione
Polarizzatori e legge di Malus
Un polarizzatore lascia passare solo la vibrazione lungo il suo asse. Il secondo, ruotato di θ, lascia passare cos²θ: e un terzo in mezzo fa riapparire la luce.
Polarizzazione per riflessione
L’angolo di Brewster: la luce riflessa si polarizza
La luce riflessa da vetro e acqua è in parte polarizzata. A un angolo preciso, quello di Brewster, la componente che vibra nel piano di incidenza non si riflette affatto.
Il potere risolutivo
Il potere risolutivo: due fari nella notte
Un’auto si avvicina di notte: da lontano i due fari sono una sola luce. La diffrazione nella pupilla allarga ogni punto in un dischetto: il criterio di Rayleigh dice quando si separano.
Come sono fatte. Tutto gira nel browser: nessun calcolo su un server, nessun dato raccolto, nessuna registrazione. Le figure di interferenza e di diffrazione sono calcolate punto per punto con le loro formule, e i colori vengono dalla lunghezza d’onda. I disegni dall’alto non sono in scala: le lunghezze d’onda della luce sono di mezzo micrometro, le frange sullo schermo di millimetri. d sin θ = m λ
Le scene si fermano da sole quando cambi scheda, e chi ha chiesto al sistema meno movimento le trova ferme, con il pulsante per avviarle.
L’animazione mostra, la spiegazione fa capire
Percorsi personalizzati di Matematica e Fisica con un docente di ruolo: per capire il perché delle formule, non solo il come si applicano.