5 cose che ogni uomo dovrebbe sapere sulla luce

5 cose che ogni uomo dovrebbe sapere sulla luce

Il 2015 è l’anno internazionale della luce (ma l’anno universale della luce è il 2533). Penso che siamo tutti d’accordo che la luce è molto importante in quasi tutti gli aspetti della nostra vita. Ma quali sono le cose chiave che ogni uomo dovrebbe sapere su di essa? Ok, lascerò perdere gli esseri umani al di sotto dei 7 anni. I bambini più piccoli probabilmente sanno un sacco di cose sulla luce (dato che la usano tutto il tempo) – ma non preoccupiamoci di loro per ora. Quindi, se hai più di 7 anni, presta attenzione.

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La luce è un’onda

Cos’è un’onda? Cominciamo con un esempio. Lancia un sasso in una pozzanghera e vedrai qualcosa di simile a questo:

Il sasso crea un disturbo nell’acqua (un’increspatura). Questa perturbazione si muove radialmente verso l’esterno dal punto in cui la roccia ha colpito. È la perturbazione che si muove verso l’esterno, non le molecole d’acqua – si muovono solo su e giù. Puoi fare qualcosa di simile con un pezzo di corda. Mettilo sul pavimento e continua a scuotere un’estremità. La perturbazione viaggia lungo la corda (una corda pesante funziona meglio).

Guardiamo il caso di un’onda che viaggia lungo una corda. Ci sono 4 proprietà che potresti considerare:

Queste 4 proprietà sono:

• Ampiezza: questa è la dimensione dello spostamento della perturbazione. Le unità per l’ampiezza dipendono dal tipo di onda. Per una corda, le unità sarebbero i metri.
• Velocità dell’onda: se si guardasse uno spostamento, sarebbe in movimento. La velocità dell’onda è la velocità (che sembra ridondante). L’unità per la velocità dell’onda è metri al secondo.
• Lunghezza d’onda: è la distanza da una perturbazione alla successiva misurata in metri
• Frequenza: se si dovesse contare quante onde passano per un punto fermo in ogni secondo, questa sarebbe la frequenza (in cicli al secondo o Hertz).

Le ultime tre proprietà sono correlate. La velocità dell’onda è uguale al prodotto della lunghezza d’onda e della frequenza.

Quindi, la luce è un’onda. Questo significa che ha tutte le proprietà di cui sopra e può fare cose ondulatorie come:

• Espandersi e irradiarsi in tutte le direzioni (come una lampadina o le onde nell’acqua causate da una roccia).
• Interferire con altre onde.
• Curvare intorno agli angoli (sì, la luce fa questo – ma è difficile da vedere).
• Portare energia e quantità di moto.
• Interagire con la materia.

La luce fa tutte queste cose.

La luce è un’onda elettromagnetica

Si può fare la propria onda. Prendete una lunga prolunga e stendetela a terra. Ora dai ad un’estremità una scossa verticale. Dovresti ottenere qualcosa di simile a questo (questa gif è in slow motion):

Ora togli la prolunga e ripeti la dimostrazione. Sì, non succede niente. Se non avete un mezzo in cui far viaggiare un’onda, non c’è nessuna onda. Ma che dire della luce? La luce è un’onda, giusto? Sì, infatti (come ho descritto sopra). Allora, come fa la luce a viaggiare nello spazio vuoto mentre va dal Sole alla Terra? Qual è il mezzo per un’onda luminosa?

Si è scoperto che ci sono due cose importanti sui campi elettrici e magnetici. In primo luogo, qui c’è un filo che trasporta corrente elettrica su una bussola magnetica. La corrente elettrica crea un campo magnetico che fa girare l’ago della bussola.

Ma non c’è nemmeno bisogno di una corrente elettrica per creare campi magnetici. Si scopre che un campo elettrico che cambia farà anche un campo magnetico. Ecco una bobina di filo collegata a una lampadina (senza batteria). Quando è posta sopra questo campo magnetico mutevole, si crea il campo elettrico mutevole che guida una corrente.

Così abbiamo un campo elettrico mutevole che crea un campo magnetico e un campo magnetico mutevole crea un campo elettrico. Mettete insieme queste due idee e potete creare due onde (un’onda di campo elettrico e un’onda di campo magnetico) che si propagano a vicenda. Le onde elettromagnetiche non hanno bisogno di un mezzo perché, in un certo senso, sono il loro stesso mezzo.

Le diverse lunghezze d’onda della luce interagiscono diversamente con la materia

In primo luogo, c’è lo spettro elettromagnetico. Si può fare un’onda elettromagnetica di tutte le diverse lunghezze d’onda – da più di 1 metro (onde radio) a meno di 10 picometri (raggi gamma – ma sono ancora onde). Ecco la classificazione comune dello spettro elettromagnetico andando da lunghezze d’onda grandi a piccole.

• Radio
• Microonde
• Infrarosso
• Luce visibile
• Ultravioletto
• Raggi X-(ma sono onde)
• Raggi gamma

Tutti questi sono onde elettromagnetiche e viaggiano tutti alla stessa velocità (la velocità della luce). Tuttavia, hanno diverse interazioni con la materia. Se sei all’interno, il tuo telefono cellulare può ancora ricevere dati da un ripetitore poiché queste onde radio passano attraverso la maggior parte dei muri. Puoi vedere attraverso i muri? No. La luce visibile non passa attraverso la maggior parte dei muri. I raggi X passano per lo più attraverso la pelle, ma non si può vedere (con la luce visibile) attraverso la pelle – sarebbe semplicemente strano.

Tecnicamente l’interazione tra luce e materia dipende dalla frequenza della luce – ma poiché la frequenza e la lunghezza d’onda sono correlate, possiamo parlare solo della lunghezza d’onda.

Vedi le cose quando la luce entra nel tuo occhio

Ok, questo non riguarda solo la luce ma anche il modo in cui gli esseri umani lavorano.

Ci sono due modi in cui la luce potrebbe entrare nel tuo occhio. In primo luogo, ci potrebbe essere una fonte di luce (come una lampadina) che crea luce. Questa luce poi viaggia nel tuo occhio e BOOM – il tuo cervello interpreta questo segnale come luce. L’altro modo (più comune) è quello di vedere le cose attraverso la luce riflessa. Supponiamo che tu stia guardando una matita. La luce (da qualche parte) si riflette sulla matita e poi nel tuo occhio.

Ma cosa succede se non c’è luce che entra nel tuo occhio? Cosa succede se siete in un posto senza alcuna fonte di luce? In questo caso, si percepisce il colore nero. In realtà, questa può essere una domanda divertente. Chiedi a qualcuno questo:

Sei mai stato in un posto dove non c’è assolutamente luce? (la maggior parte delle persone non l’ha fatto) Se sei in una stanza completamente buia, cosa vedresti? Cosa succede dopo aver aspettato molto, molto tempo?

Una delle risposte molto comuni è che vedrai tutto nero – all’inizio. Questi umani diranno anche che dopo un po’ di tempo i vostri occhi si adatteranno e allora vedrete qualcosa. La risposta corretta è che vedrete solo nero – per sempre. Se non c’è luce che entra nel vostro occhio, allora vedrete solo nero. L’idea comune è basata su un’esperienza comune. Normalmente, se siete in una stanza buia, i vostri occhi si adattano. Tuttavia, questo funziona solo in stanze con un po’ di luce – e c’è quasi sempre almeno un po’ di luce.

Tutti gli oggetti producono luce

Forse dovrei dire che tutti gli oggetti creano onde elettromagnetiche – lo fanno. Guardiamo un esempio da casa tua. Andate in cucina e accendete la stufa ad alta temperatura (supponendo che abbiate una stufa elettrica). Ora guardalo mentre diventa più caldo (ma non toccarlo).

Alla fine, l’elemento della stufa diventerà così caldo che brillerà di un colore rossastro basso (rosso caldo). Ma in realtà, l’elemento stava producendo luce per tutto il tempo. È solo che a temperature più basse la luce elettromagnetica è in una lunghezza d’onda che non si può vedere – è nello spettro infrarosso.

La maggior parte delle cose che vedi intorno a te emettono radiazioni EM (elettromagnetiche) nello spettro infrarosso – quindi non puoi vederle. Beh, in realtà puoi indirettamente vederla se hai una fantastica telecamera a infrarossi (per il tuo telefono). Queste videocamere termiche rilevano la luce infrarossa e creano un’immagine a falsi colori che gli esseri umani possono vedere. Per la maggior parte, i diversi colori nell’immagine IR corrispondono alle diverse temperature degli oggetti.

Ecco un esempio. Questo è il mio cane su un pavimento liscio. Notate che i suoi occhi e il suo naso sono più caldi di altre parti del suo corpo. Notate anche che potete vedere il suo riflesso infrarosso sul pavimento.

Ma questo funziona per oggetti più caldi del vostro elemento della stufa? Sì. Come un oggetto diventa ancora più caldo, crea luce con lunghezze d’onda sempre più corte. Alla fine l’oggetto sembrerebbe bianco perché viene prodotta più luce di lunghezza d’onda più corta. Sì, potrebbe anche creare luce ultravioletta a temperature ancora più alte.

Ok, queste sono le cinque cose che tutti dovrebbero sapere sulla luce.