Rifrazione – Un inutile approfondimento

Dopo essermi svegliato alle 12.45 e dopo aver seguito il mio rituale risveglio (sigaretta, caffè, cesso, doccia) ho cominciato a pensare a come potevo rendere “fruttuosa” la mia giornata senza dover muovere un muscolo.
Naturalmente le mie illogiche elucubrazioni mi hanno portato a wikipedia e youtube.
Deciso questo avevo bisogno di qualcosa da cercare… mi guardo un po intorno e “ritrovo” un bicchiere, pieno di acqua e detersivo, ed una cannuccia (residuo di un altra mia giornata devota al nullafare).
La prima cosa che penso guardandolo è :”perchè la cannuccia sotto l’acqua sembra spezzarsi?” (una domanda che mi ero fatto molteplici volte da bambino e a cui avevo dato una sommaria risposta scientifica il primo anno di liceo scientifico).
Metto “Pogo” in sottofondo e parto all’approfondimento di cose che sapevo già!

La rifrazione è la deviazione subita da un’onda che ha luogo quando questa passa da un mezzo ad un altro nel quale la sua velocità di propagazione cambia. La rifrazione della luce è l’esempio più comunemente osservato, ma ogni tipo di onda può essere rifratta, per esempio quando onde sonore passano da un mezzo ad un altro o quando le onde dell’acqua si spostano a zone con diversa profondità.

E fino a qui c’ero… il problema è: Perchè?

In ottica, la rifrazione avviene quando una onda luminosa passa da un mezzo con un indice di rifrazione a un mezzo con un diverso indice di rifrazione. Sul bordo dei due mezzi, la velocità di fase dell’onda è modificata, cambia direzione e la sua lunghezza d’onda è aumentata o diminuita mentre la sua frequenza rimane costante. Per esempio, i raggi di luce si rifrangono quando entrano o escono dal vetro; la comprensione di questo concetto ha consentito l’invenzione delle lenti e del telescopio a rifrazione.
La rifrazione può essere osservata guardando all’interno di un bicchiere pieno d’acqua. L’aria ha un indice di rifrazione di circa 1.0003, mentre l’acqua ha un indice di circa 1.33. Se si guarda un oggetto dritto, come una penna parzialmente immersa e inclinata, l’oggetto appare piegato dalla superficie dell’acqua. Cercheremo, adesso, di entrare nei dettagli per comprendere ciò che accade. L’estremità x della penna, interessata dall’energia radiante, si comporta come sorgente secondaria di radiazione ed emette raggi di luce in tutte le possibili direzioni dello spazio. Consideriamo adesso il percorso di due di questi raggi, quelli evidenziati, per l’appunto, in rosso in figura. Tali raggi, in corrispondenza alla superficie di discontinuità fra l’acqua e l’aria si piegano, allontanandosi dalla normale alla superficie condotta nel punto in cui i raggi stessi incidono. I raggi rifratti vengono catturati dall’occhio umano e l’intersezione dei loro prolungamenti determina un punto virtuale, indicato con y in figura, dal quale l’occhio umano ha la sensazione che provenga l’immagine. In altre parole, l’occhio dell’osservatore, non vede l’estremità x della penna, ma una sua immagine virtuale, ottenuta dal prolungamento dei due raggi rifratti.
La rifrazione è responsabile degli arcobaleni e della scomposizione della luce bianca nei colori dell’arcobaleno che avviene quando la luce passa attraverso un prisma. Il vetro ha un alto indice di rifrazione rispetto all’aria e le diverse frequenze della luce viaggiano a velocità diverse (dispersione), causando la rifrazione dei colori a diversi angoli, e quindi la scomposizione. La differenza nella frequenza corrisponde nella diversità della tonalità.
Altri fenomeni ottici sono il miraggio e la fata Morgana. Questi sono causati dal cambiamento dell’indice di rifrazione in funzione della temperatura dell’aria.
Recentemente sono stati sviluppati alcuni metamateriali che hanno un indice di rifrazione negativo.

Capito questi concetti sono passato ad un altra domanda:”Perchè acqua e sapone fanno le bolle?” (ma questo sarà un altro post).
L’utilità di questo post è descritta anche dal titolo, mi è servito giusto per raccontarvi come ho passato la giornata!

L’importante è non dare mai per scontato nulla!
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