LA RIFLESSIONE TOTALE

MIRAGGIO

FATA MORGANA

Luce: scomposizione della luce bianca

Luce. La luce è una radiazione elettromagnetica, come il calore, le onde radio e i raggi X. La luce consiste sostanzialmente di rapidissime oscillazioni del campo elettromagnetico, in un particolare intervallo di frequenze che possono essere rivelate dall'occhio umano e che costituiscono il cosiddetto campo del visibile. I diversi colori della luce corrispondono alle diverse frequenze di vibrazione del campo elettromagnetico. Lo spettro della luce visibile si definisce generalmente in termini di lunghezza d'onda, e va dalla lunghezza d'onda minore, quella del violetto, a quella maggiore, cioè la lunghezza d'onda del rosso.          
La luce si propaga in linea retta in tutte le direzioni, raggiungendo, man mano che si allontana dalla sorgente che l'ha emessa, aree sempre più ampie. Quando colpisce un oggetto, essa può essere riflessa, diffusa o assorbita. In relazione alla natura della superficie su cui incide la radiazione, alcune frequenze vengono riflesse o diffuse meglio di altre, e questo determina il colore con cui vengono percepiti i vari oggetti. Le superfici bianche riflettono con la stessa intensità tutte le lunghezze d'onda della luce, mentre quelle che appaiono nere assorbono praticamente tutta la radiazione incidente.

L'angolo limite. Nel caso in cui la luce passa da un mezzo più denso a un mezzo meno denso (ad esempio dal vetro all'aria), il raggio incidente che proviene dal vetro si rifrange nell'aria, allontanandosi dalla normale; perciò l'angolo di rifrazione è maggiore dell'angolo di incidenza. All'aumentare dell'angolo incidente (vedi figura 1) il raggio rifratto sarà radente alla superficie di separazione dei due mezzi e l'angolo di rifrazione assumerà il valore di 90°. L'angolo di incidenza a cui corrisponde un angolo di rifrazione di 90° si chiama angolo limite.

Figura 1: raggi incidenti (verdi); riflessi (rossi); rifratti (blu)

La riflessione totale. Quando l'angolo di incidenza supera l'angolo limite il raggio incidente viene riflesso, come se la superficie di separazione dei due mezzi fosse uno specchio, e non c'è rifrazione. Questo fenomeno si chiama riflessione totale ; essa può avvenire solo quando la luce viaggia in un mezzo denso e cerca di passare in uno meno denso.

Esempi di riflessione totale sono il miraggio e la fata morgana.

O

S

Miraggio. Generalmente gli strati dell'aria atmosferica più vicini alla Terra sono anche quelli più densi. Se però la Terra è molto calda può accadere che gli strati più bassi, che sono a più diretto contatto col suolo, siano meno densi degli strati superiori. Questo avviene nelle giornate molto calde d'estate e più frequentemente nei deserti.

Figura 2: Miraggio

S'

Consideriamo un raggio luminoso che parte dalla cima S di un albero propagandosi verso il suolo. Mentre il raggio SO, che si propaga lungo uno strato d'aria caratterizzato da densità costante, non subisce deviazioni, sara sei bellissima!!!! quello che si propaga verso il basso, incontrando strati d'aria sempre più caldi e quindi meno densi, si allontana dalla normale finché si riflette totalmente e di conseguenza il raggio si allontana dal suolo.

Se il raggio riflesso totalmente incontra l'occhio di un osservatore O, per l'osservatore è come se esso avesse avuto sempre la stessa direzione, cioè come se fosse partito da S' e non da S. Di conseguenza l'osservatore vede in S' l'immagine di S, proprio come se l'albero fosse riflesso in uno specchio d'acqua. In ciò consiste il fenomeno del miraggio, nel fatto cioè che l'osservatore vede insieme l'oggetto e l'immagine.

Figura 3: Fata Morgana

Fata Morgana. Se gli strati d'aria più alti sono molto meno densi di quelli più bassi, un raggio luminoso che parte per esempio da una nave, va verso l'alto, segue un percorso curvilineo allontanandosi sempre più dalla normale. A un certo punto avviene la riflessione totale e il raggio ritorna nuovamente verso il basso.

Se l'osservatore intercetta il raggio, vede la nave in alto, talvolta ingrandita o distorta, capovolta, come se volasse.

Questo fenomeno è noto con il nome di Fata Morgana.