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Divisore della luce nelle sue componenti spettrali Da Wikipedia, l'enciclopedia libera
In ottica un prisma triangolare è un particolare tipo di prisma ottico, avente la forma di un prisma a base triangolare. Storicamente il prisma a base triangolare rivestì grande importanza nella ricerca scientifica in campo ottico[1][2]. I prismi triangolari sono impiegati in laboratorio per due scopi distinti:
L'angolo alla sommità del prisma (l'angolo al vertice, in alto nella figura) può essere scelto così da influenzare le caratteristiche di dispersione: tipicamente in modo tale che sia il raggio incidente che quello rifratto colpiscano la superficie, approssimativamente, con un angolo detto "di Brewster", per minimizzare le perdite nella riflessione. Un esempio in tal senso è il prisma compressore per la generazione di impulsi laser ultra veloci.
Un tipico esperimento di ottica, fondamentale nella storia della fisica e di grande rilevanza accademica, è quello che ha come obiettivo la determinazione dell'indice di rifrazione di un prisma in funzione delle lunghezze d'onda di alcune righe dello spettro di una sorgente luminosa scelta. Ciò viene conseguito per mezzo di uno spettrometro a prisma, sfruttando i fenomeni di riflessione e rifrazione della luce della sorgente.
I materiali tipicamente utilizzati sono un prisma a base triangolare (ad esempio di vetro), una sorgente luminosa (ad esempio una lampada a vapori di mercurio) e uno spettrometro, tipicamente costituito da:
Dato un raggio incidente sul prisma, esso viene rifratto formando un certo angolo con la direzione del raggio incidente (vedi Figura 2). Ruotando il prisma nel verso di riduzione dell’angolo di deviazione dei due raggi, viene raggiunto un punto di inversione del moto dato il quale, se si continuasse a ruotare il prisma nel medesimo verso, l’angolo di deviazione aumenterebbe.
L’angolo al quale avviene tale inversione del moto è detto di deviazione minima , ovvero il minimo angolo possibile tra il raggio rifratto dal prisma e il raggio incidente. È possibile dimostrare la seguente relazione, la quale lega l’indice di rifrazione all’angolo di deviazione minima e all’angolo al vertice del prisma :
Equazione 1: relazione che lega l’indice di rifrazione all’angolo di deviazione minima e all’angolo al vertice del prisma.
L’indice di rifrazione dipende dalle caratteristiche dei due mezzi (aria e vetro) e dalla lunghezza d’onda della luce rifratta (l’angolo di deviazione minima varia anch’esso con la lunghezza d’onda, ovvero è differente per ogni riga dello spettro della sorgente in esame). Si dimostra inoltre l’esistenza di una condizione limite dell’angolo al vertice affinché il raggio incidente venga effettivamente rifratto (e non totalmente riflesso): . Condizione, quest’ultima, per cui non è possibile utilizzare qualsiasi prisma nell’esperimento in laboratorio.
Prima dell’esecuzione dell’esperimento è necessario far sì che il collimatore emetta raggi paralleli: occorre anzitutto regolare il cannocchiale con messa a fuoco all’infinito (è sufficiente, con buona approssimazione, visualizzare edifici lontani 15-20 metri), in seguito il cannocchiale è posto in prossimità del collimatore, la cui lente è posizionata affinché l'immagine nell'oculare risulti nitida. È inoltre necessario verificare la messa in bolla della piattaforma superiore. La regolazione del cannocchiale d’ora innanzi non sarà più modificata. L’esperimento si suddivide in due fasi successive:
Dai risultati ottenuti per l’angolo al vertice del prisma e per l’angolo di deviazione minima , dall'Equazione 1 si ricavano i valori per ciascuna delle righe analizzate dello spettro.
Il prisma a base triangolare è il soggetto della copertina dell'album The Dark Side of the Moon dei Pink Floyd. Nella copertina è mostrato il raggio di luce che rimane bianco dopo la rifrazione all'interno del prisma, e solo a seguito della seconda rifrazione si osserva la dispersione che divide la luce bianca nello spettro visibile. Tale raffigurazione non è scientificamente corretta poiché la differenza nelle velocità delle diverse componenti spettrali causa una dispersione della luce già a seguito della prima rifrazione.[3]
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