Come sappiamo, le onde luminose si propagano sotto forma di raggi di luce, e possono essere schematizzati come linee rette.
Quando i raggi colpiscono una superficie, specialmente se si tratta di superfici metalliche, si osserva che essi vengono riflessi, dando luogo ad un raggio anch’esso rappresentabile come linea retta.
In particolare, l’angolo che si forma tra il raggio incidente e la verticale per il punto di incidenza, è uguale all’angolo che il raggio riflesso forma con tale verticale. Inoltre, la verticale, e i due raggi in questione giacciono sullo stesso piano.
Queste osservazioni vengono fatte su via sperimentale, e trovano applicazione anche quando la superficie su cui incide il raggio non è liscia, ma presente delle irregolarità.
Lo specchio piano
Il caso che abbiamo descritto precedentemente riguarda la riflessione di un raggio di luce quando esso viene a contatto con una superficie liscia e piana; in questo caso, quindi, si parla di specchio piano.
Queste osservazioni permettono do capire come si formano le immagini degli oggetti che vengono riflesse dagli specchi piani.
Quando guardiamo un oggetto allo specchio, questo non ci appare esattamente uguale a quella che è in realtà; se osserviamo la nostra immagine allo specchio, il nostro braccio sinistro corrisponderà al braccio destro dell’immagine riflessa.
Di conseguenza, se osserviamo le due immagini, quella reale e quella riflessa, notiamo che esse non sono sovrapponibili; per questo esse si definiscono speculari:
L’immagine che vediamo, infatti, si forma dietro lo specchio, dove si prolungano i raggi riflessi.
L’immagine che si forma dietro lo specchio, quindi, viene definita virtuale; quella che vediamo fisicamente, invece, cioè l’oggetto non riflesso, si definisce immagine reale.
Le due immagini sono esattamente simmetriche, e si trovano alla stessa distanza dallo specchio.
Gli specchi curvi
I raggi di luce possono riflettere delle superfici non piane, ma curve, e possono essere riflessi da queste.
Gli specchi di questo tipo vengono anche definiti parabolici; essi presentano un punto caratteristico, detto fuoco, da cui possono avere origine i raggi che poi vengono riflessi.
In particolare, la diffusione dei raggi che si formano varia in base alla posizione in cui si trova la sorgente dei raggi luminosi, e all’angolo di incidenza di questi con lo specchio.
Alcuni specchi curvi vengono definiti specchi sferici, in quanto essi sono porzioni della superficie di una sfera.
In questo caso, se la parte di sfera che rappresenta lo specchio è piuttosto piccola, cioè entro certe dimensioni dell’angolo al centro che l’area individua, il fuoco possiede una posizione fissa; esso si trova esattamente a metà raggio.
La distanza del fuoco dallo specchio, lungo la retta del raggio, si dice distanza focale; l’angolo al centro viene definito apertura, e l’asse ottico è l’asse di simmetria dello specchio, che passa per il centro della sfera e il fuoco:
In base a come i raggi di luce raggiungono la superficie dello specchio, avremmo dei raggi riflessi di direzioni differenti; se, ad esempio, i raggi passano proprio dal fuoco, essi verranno riflessi parallelamente all’asse ottico; se invece arrivano paralleli ad esso, i raggi riflessi passeranno per il fuoco.
Tracciando l’andamento dei raggi, e individuando la direzione dei raggi riflessi, è possibile prevedere quale sia la forma dell’immagine che si crea. Per individuare il punto preciso in cui si forma l’immagine, è sufficiente determinare l’intersezione di due soli raggi riflessi; in questo caso l’immagine individuata si dice reale.
Si ha, invece, un’immagine virtuale nel caso in cui essa sia data dall’intersezione dei prolungamenti dei raggi riflessi.
Con queste considerazioni, possiamo definire due tipi di specchi sferici, gli specchi concavi e gli specchi convessi.
Nel caso degli spechi concavi, il fuoco e il centro si trovano dalla stessa parte da cui provengono i raggi luminosi.
L’immagine che si forma è data dall’intersezione dei raggi riflessi; essa quindi è reale, se l’oggetto riflesso si trova oltre il fuoco, quindi lontana dallo specchio; mentre sarà virtuale se l’oggetto si trova tra il fuoco e lo specchio.
Nel caso degli specchi convessi, invece, il centro e il fuoco si trovano dalla parte opposta di quella da cui provengono i raggi di luce; di conseguenza l’immagine che si forma dell’oggetto sarà sempre virtuale.
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