La luce è ciò che rende il mondo visibile, la conosciamo tutti ed è parte della nostra quotidianità. La luce che conosciamo viene dal sole ma anche dalle lampadine nelle nostre case. La luce è anche qualcosa di più complesso e misterioso e può essere anche invisibile per i nostri occhi. Possiamo infatti vedere solo i colori dell’arcobaleno ma in realtà la luce, che fuori dal visibile si chiama in maniera più corretta radiazione elettromagnetica, può essere meno energetica (infrarosso, microonde, radio) sia più energetica (ultravioletto, raggi X e raggi Gamma).

Secondo voi quali di queste due onde è più energetica?

GIF onde

E’ esattamente così come sembra quella più energetica è quella che ha una frequenza maggiore ovvero “camminando” fa più volte su e giù.

IMMAGINE CHE SPIEGA LO SPETTRO

IMMAGINE CHE SPIEGA lunghezza d’onda

In questo percorso esploreremo la luce, e useremo questo termine indistintamente per tutte le energie proprio perché in fondo parliamo della stessa cosa.

Per gli astrofisici e gli astronomi la luce è un mezzo fondamentale per conoscere l’universo. L’astronomo è uno scienziato un po’ speciale. Non ha un laboratorio in cui organizzare esperimenti, o meglio, il suo laboratorio è il cielo, e quello che succede in cielo non lo possiamo decidere noi però lo possiamo capire osservando. 

La luce è anche una macchina del tempo perché si muove ad un certa velocità pari a circa 300000 Km/s. Anche se veloce ci mette del tempo ad arrivare ma mentre nelle distanze terresti questo tempo è piccolissimo e impercettibile nelle grandi distanze del nostro sistema solare e ancora di più se pensiamo all’universo questo tempo si fa sentire! 

Ad esempio la luce ci mette 8 minuti ad andare dal sole alla terra quindi quando vediamo il sole tramontare in realtà il sole è già tramontato da 8 minuti, noi vediamo un’immagine già vecchia! Se con un mega telescopio un alieno dall’altra parte della galassia osservasse il nostro pianeta  vedrebbe i dinosauri!

In questo percorso giocheremo con la luce,  in tanti tanti modi diversi.

Abbiamo classificato le attività a seconda del comportamento della luce:

La luce può essere bloccata. Se metti la mano tra una lampada e un muro, a circa 5 cm dal muro puoi bloccare la luce. Poiché la luce viaggia in linea retta, la tua mano interromperà le sue onde e proietterà un’ombra scura e nitida chiamata umbra. Allontana la lampada per vedere una penombra, l’area più morbida e meno scura che circonda l’ombra si forma quando le onde luminose della lampada hanno spazio per diffondersi e colpire la tua mano rimbalzando da molte angolazioni. Alcune onde sono bloccate altre passano. Ciò si traduce in un’ombra più ampia e sfocata.

La luce può essere piegata. Versa dell’acqua in un  bicchiere e immergi una matita, poi guardala di lato. La matita apparirà rotta sulla superficie dell’acqua. Questo perché la luce proveniente dalla parte sommersa della matita si muove più lentamente della luce proveniente dalla parte della matita sopra l’acqua. Questa luce viene piegata, tecnicamente si dice rifratta, mentre viaggia attraverso il liquido. 

La luce viene assorbita. Ogni oggetto che vedi assorbe alcune onde luminose e ne riflette altre. Per esempio il sole illumina la tua maglietta rossa. Ricordiamoci che la luce del sole che vediamo bianca è la somma di tutti i colori. La maglietta assorbe le onde luminose di ogni colore dello spettro visibile tranne il rosso che viene riflesso. Questa luce poi rimbalza nel tuo occhio ed è per questo che vedi la maglietta rossa.  Ci si potrebbe chiedere, ma come mai la maglietta “rossa” assorbe tutti gli altri colori e non il rosso? Quella maglietta rossa è fatta di atomi (l’unità di base di tutte le cose) organizzati in molecole, e queste molecole nello strato più esterno contengono elettroni. Ogni elettrone in queste molecole ha certe energie fissate alla quali può vibrare, ne più ne meno come se fossero dei gradini.  Se per caso arriva un’onda luminosa con esattamente l’energia che serve all’elettrone per fare il gradino, l’elettrone se lo prende, sale un gradino energetico e per un po’ rimane a questa energia più alta. La luce catturata si dice assorbita, tutte le altre onde con energie diverse vengono riflesse. Quindi la maglietta rossa ha elettroni pronti a fare tanti salti energetici di diverse energie corrispondenti a tutti i colori…. tranne il rosso.

La luce rimbalza. Per essere visibili gli oggetti non devono solo assorbire la luce, ma devono anche rifletterne una parte. Gli oggetti più familiari che riflettono la luce  sono forse gli specchi; riflettono quasi tutte le onde luminose che li colpiscono. Uno specchio piatto e liscio riflette la luce con lo stesso angolo con cui la luce aveva colpito lo specchio, creando una riflessione speculare. In questo modo si costruisce una immagine chiara e riusciamo a vederci allo specchio. Se lo specchio fosse poco levigato l’immagine sarebbe molto più confusa, pensa ad esempio ad un cucchiaio. Anche la maglietta rossa infine riflette la luce rossa ma la superficie è molto ruvida e la riflessione è completamente scoordinata quindi non si forma nessuna immagine!

La luce può essere trasmessa. Siediti vicino alla finestra e vedrai la luce che passa attraverso il vetro. Il vetro sta  trasmettendo la luce, sta semplicemente facendo passare la luce. La luce infatti non contiene abbastanza energia per eccitare gli elettroni negli atomi del vetro, quindi non il vetro non assorbe energia. Invece, si lasciano attraversare.

La luce può essere diffusa. Ti sei mai chiesto perché il cielo è blu? È blu a causa dello scattering di Rayleigh (dal nome del fisico premio nobel John William Rayleigh) o diffusione. Quello che succede è che la luce può sbattere sulle molecole dell’atmosfera (azoto, ossigeno …) e in questo urto la luce viene assorbita e riemessa. Ma questi urti non avvengono con la stessa probabilità. Più la luce è energetica (alta frequenza, lunghezza d’onda corta) più è probabile che venga diffusa. Quindi significa che la luce viola verrà diffusa più della verde e molto molto di più della rossa. L’azzurro del cielo che vediamo è la mescola dei colori più diffusi (viola, blu, verde). La luce a più bassa frequenza verrà diffusa poca e arriverà dritta alla terra.

Al tramonto invece i raggi solari attraversano uno spessore maggiore di atmosfera terrestre e dunque incontrano un maggior numero di molecole, cosicché non solo i fotoni viola, blu e verdi ma anche quelli gialli vengono diffusi. La luce diretta del sole (non diffusa) che tramonta è solo rossa.

La luce e i colori. La luce può essere colorata e la somma di tre luci colorate, luce rossa, verde e blu viene percepita dal nostro occhio come luce bianca. Un prisma scompone la luce nell’arcobaleno ma allora perché se mescolo tutte le mie tempere ottengo un marrone scuro e non il bianco? Perché se sovrappongo pezzi di plastica colorati ottengo il nero?

La luce invisibile. Come mai i nostri occhi riescono a percepire solo il visibile? Possiamo osservare anche la luce invisibile?