La luce visibile

L'esempio della macchina fotografica ti dimostra che la luce emessa o riflessa da un oggetto riesce a cambiare lo stato fisico di un corpo (la pellicola). Dunque la luce trasporta energia. Cosa può essere allora la luce?

Quanti modi conosci per trasportare l'energia da un luogo ad un altro? Il modo più comune è quello di `spedire' un corpo intermediario. Per esempio con la mano tu puoi lanciare una biglia. L'energia che spendi nel muovere la mano viene trasferita alla biglia che inizia a muoversi. Se colpisce un'altra biglia anche questa inizia a muoversi. Quindi hai trasferito energia dal tuo corpo a un corpo lontano trasportandola con un terzo corpo.

L'altra possibilità per spedire energia lontano è quella di utilizzare un'onda. Se lanci un sasso nell'acqua si producono delle onde circolari che si allontanano dal punto dove il sasso è entrato. Cadendo, il sasso ha fornito energia all'acqua, e le onde che si formano sono in grado di trasportare parte di questa energia lontano dal punto iniziale. Se lanci un tappo di sughero sulle onde vedi che il tappo va su e giù, ma non si allontana. Ciò che si allontana non è l'acqua. È il suo movimento che si trasmette alle parti vicine. Le onde del mare sono irregolari. Per descrivere le caratteristiche di un'onda guarda allora la figura. È rappresentata un'onda `perfetta'.

Per descrivere ad un'altra persona quest'onda ti basta dirle quant'è la distanza tra le creste, e quanto sono alte. Si chiamano lunghezza d'onda e ampiezza. È anche importante sapere a che velocità si muove.

Per sapere la velocità di un'onda ti basta metterti in un punto e contare quante creste vedi passare in un certo intervallo di tempo.

Per esempio in questo caso supponi di avviare il cronometro quando una cresta ti passa di fronte. Supponi che dopo 1 minuto siano passate 3 creste. Il numero di creste che passano in una quantità di tempo fissata viene detto frequenza dell'onda. Allora in 1 minuto l'onda si è mossa di una distanza uguale a 3 creste d'onda. Se la lunghezza d'onda è di 2 metri, l'onda si sposta con una velocità di 6 metri al minuto. La velocità V dell'onda si trova quindi moltiplicando la lunghezza d'onda L per la frequenza f.

La velocità V della luce è costante all'interno di un certo mezzo. Essa varia soltanto quando la luce passa da un mezzo ad un altro. Questo fatto è molto importante e lo vedremo meglio più avanti. Dato che V è una costante, la frequenza f e la lunghezza d'onda L sono inversamente proporzionali: al crescere della frequenza diminuisce la lunghezza d'onda e viceversa.

Per capire meglio questa idea, pensa ad un treno. Per calcolare la velocità del treno puoi contare quanti vagoni ti passano di fronte in un certo tempo, e poi la velocità la trovi conoscendo la lunghezza di un vagone.

Guarda ora la seguente animazione. Una persona tiene un capo di una corda, e lo fa oscillare periodicamente.

Per trasferire energia tra due corpi serve dunque un mediatore. Questo mezzo può essere un corpo diverso dai primi due, oppure un corpo esteso che li pone in contatto (nel caso dell'onda). Nel primo caso il corpo porta l'energia dal primo al secondo corpo, mentre nel secondo la trasmette. Si dice allora che il corpo esteso è il mezzo in cui si propaga l'onda.

Se la luce trasporta l'energia nei modi che conosciamo, può allora essere composta di particelle talmente piccole che noi non le vediamo oppure può essere un'onda che si trasmette in un mezzo che per noi è invisibile.

Quale dei due modelli funziona? Tutti e due! Vi sono cioè dei fenomeni che si spiegano considerando la luce un'onda, mentre in altri casi bisogna pensare che la luce sia composta da particelle. Esiste una teoria fisica in cui questo comportamento può essere spiegato. Dopo aver elaborato la teoria della luce come onda i fisici hanno cercato di rivelare il mezzo in cui si propaga. Essi chiamavano questo mezzo "etere". Ma all'inizio del '900 è stato dimostrato che questo mezzo non esiste. La luce si propaga nel vuoto.

Il modello di luce come onda è il più adatto a descrivere le caratteristiche della luce delle stelle che per ora ti servono. La cosa più importante è scoprire come cambia un'onda quando cambia la quantità di energia che trasporta. Nel caso della biglia, se la lanci con più forza essa si muove più velocemente. Nel caso della corda, se la persona aumenta il suo sforzo cosa succede all'onda?

Nella situazione iniziale la corda si muove come in questa animazione.

Agitando una corda tu puoi aumentare la fatica necessaria in due modi. Nel primo modo puoi dare un maggior numero di strappi al minuto. Quello che succede lo osservi qui.

Oppure puoi fare movimenti più grandi con il braccio. In tal caso succede questo.

Come vedi, se vuoi allontanare da te dell'energia con un'onda, lo puoi fare in maniera più efficace o aumentando la sua frequenza o aumentando la sua ampiezza.

Cosa ha questo a che vedere con gli oggetti reali? Scoprilo nella prossima pagina!