Immaginare la luce come un raggio rende facile descrivere, con grande precisione, tre fenomeni ben noti: riflessione, rifrazione e dispersione. Prendiamoci un secondo per discutere di ciascuno.
Nel riflesso, un raggio di luce colpisce una superficie liscia, come uno specchio, e rimbalza. Un raggio riflesso esce sempre dalla superficie di un materiale con un angolo uguale all’angolo in cui il raggio in arrivo colpisce la superficie. In fisica, sentirai questa chiamata legge della riflessione. Probabilmente avete sentito questa legge ha dichiarato come ” l’angolo di incidenza è uguale all’angolo di riflessione.”
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Certo, viviamo in un mondo imperfetto e non tutte le superfici sono lisce. Quando la luce colpisce una superficie ruvida, i raggi di luce in entrata riflettono a tutti i tipi di angoli perché la superficie è irregolare. Questa dispersione si verifica in molti degli oggetti che incontriamo ogni giorno. La superficie della carta è un buon esempio. Si può vedere quanto sia ruvida se si scruta al microscopio. Quando la luce colpisce la carta, le onde si riflettono in tutte le direzioni. Questo è ciò che rende la carta così incredibilmente utile can puoi leggere le parole su una pagina stampata indipendentemente dall’angolo in cui i tuoi occhi vedono la superficie.
“La rifrazione si verifica quando un raggio di luce passa da un mezzo trasparente (aria, diciamo) a un secondo mezzo trasparente (acqua). Quando ciò accade, la luce cambia velocità e il raggio di luce si piega, verso o lontano da quella che chiamiamo la linea normale, una linea retta immaginaria che corre perpendicolare alla superficie dell’oggetto. La quantità di flessione, o angolo di rifrazione, dell’onda luminosa dipende da quanto il materiale rallenta la luce. I diamanti non sarebbero così scintillanti se non rallentassero la luce in arrivo molto più di, diciamo, l’acqua. I diamanti hanno un indice di rifrazione più alto dell’acqua, vale a dire che quelle trappole luminose scintillanti e costose rallentano la luce in misura maggiore.
Le lenti, come quelle di un telescopio o di un paio di occhiali, sfruttano la rifrazione. Una lente è un pezzo di vetro o altra sostanza trasparente con lati curvi per concentrare o disperdere i raggi di luce. Le lenti servono a rifrangere la luce ad ogni confine. Quando un raggio di luce entra nel materiale trasparente, viene rifratto. Quando lo stesso raggio esce, si rifrange di nuovo. L’effetto netto della rifrazione a questi due confini è che il raggio di luce ha cambiato direzione. Approfittiamo di questo effetto per correggere la visione di una persona o migliorarla facendo apparire oggetti distanti più vicini o piccoli oggetti più grandi.
Sfortunatamente, una teoria dei raggi non può spiegare tutti i comportamenti esposti dalla luce. Avremo bisogno di qualche altra spiegazione, come quella che tratteremo dopo.