Christopher Kent Mineman - Didattica in rete

La maggior parte degli oggetti che ci circondano non sono sorgenti luminose.
Per distinguerli dagli altri li chiameremo oggetti opachi.
Come è possibile vedere un oggetto che non emette radiazioni luminose?
Dobbiamo considerarli alla stregua di bersagli diversi dal corpo nero.
Alcuni si fanno attraversare come se non esistessero (sono trasparenti alla luce visibile), come ad esempio il vetro.
Per tutti gli altri la luce che li colpisce solo in parte viene assorbita.
Per essere più esatti solo alcuni colori (frequenze) vengono assorbiti gli altri vengono riflessi.
Il nostro occhio registra ciò che giunge alla retina, senza distinguere se il raggio è o non è riflesso.
Se il corpo riflette solo il rosso affermeremo che il corpo è rosso, come se stessimo guardando la ghisa fusa ad una temperatura di 800°C.
C'è dunque alla base del 'vedere' una iterazione tra la luce incidente e un oggetto opaco.
In questo caso operiamo su oggetti aventi dimensioni massicce rispetto alle dimensioni dei raggi luminosi avremo in generale la possibilità di descrivere l'evento analizzato utilizzando l'ottica geometrica e affermeremo che la luce viaggia rettilineamente (raggi di luce). L'ottica geometrica considera un fascio di luce come un insieme di sottili fascetti rappresentabili mediante linee rette che individuano la direzione di propagazione. I fascetti luminosi vengono detti raggi di luce. Del resto quest'ipotesi viene confermata dall'osservazione della formazione dei coni d'ombra che vengono a formarsi quando la luce emanata da un sorgente incontra un corpo opaco.
Parleremo di riflessione caotica se la luce viene riflessa da un oggetto scabro e la luce riflessa sarà percepita come diffusa dall'oggetto opaco, basta pensare ad un raggio luminoso che colpisce un muro verde.
Lo specchio invece riflette la luce in modo che sia possibile vedere l'oggetto che ha illuminato lo stesso. Pensate che un oggetto illuminato si comporta come una sorgente (per riflessione) e pertanto può a sua volta illuminare un altro corpo opaco.

La luce visibile, proveniente dal sole  è una miscela di radiazioni tra i  400 e 700 nanometri (miliardesimi di metro). La distribuzione delle intensità luminose corrisponde a quella della radiazione emessa da un corpo alla temperatura superficiale di circa 6000 gradi centigradi. Questa radiazione si propaga anche nel vuoto e in prima approssimazione a livello macroscopico  possiamo pensare essere costituito da radiazioni luminose che si propagano in linea retta.  Quando la luce giunge sulla superficie di un corpo possono verificarsi due casi: viene assorbita (e si trasforma in energia termica) o si riflette senza cambiamento di frequenza (tranne nel caso della luminescenza).

Chiameremo sorgenti ogni oggetto in grado di emettere radiazioni luminose. ( Sole, Fiamme, lampadine accese, ...)

Lo spettro della luce visibile

LUNGHEZZE D'ONDA ESPRESSE IN 10 ^-9  METRI

La frequenza è espressa in Hz (ν= c/λ) dell'ordine del 10 ¹⁶ Hz)

Il colore è un fenomeno psico-fisico legato alla luce. Il colore senza luce non esiste; basti pensare che nell'oscurità profonda ciò che si intravede è privo di colori.
Il colore esiste in funzione della percezione che di esso abbiamo attraverso l'occhio e il cervello (a parte i ciechi, neppure i daltonici percepiscono correttamente i colori).

Inoltre la percezione dei colori dipende dalla composizione spettrale della luce e dalla qualità del materiale illuminato.

Per capire il colore possiamo fare il parallelo col mondo dei suoni, assai più familiare; un tamburo emette note meno acute di un violino, perché la frequenza delle vibrazioni sonore del tamburo è inferiore a quelle del violino.

SCOMPOSIZIONE DELLA LUCE BIANCA

Per mezzo di un prisma trasparente
la luce bianca viene scomposta nei colori che la compongono;
nel loro insieme, tali colori formano lo "spettro".
Il blu ha lunghezza d'onda più bassa rispetto al rosso.

COLORI E LUNGHEZZE D'ONDA

La figura schematizza la corrispondenza tra i diversi colori e le rispettive lunghezze d'onda. L'unità di misura di queste ultime è l'Angstrom (A).
A sinistra si ha la zona dei raggi ultravioletti, a destra quella degli infrarossi.

Anche nel caso della luce si parla di frequenza o, più comunemente, di lunghezza d'onda, al variare della quale variano i colori risultanti.

La luce bianca è il risultato della mescolanza di tutte le altre tonalità di colore, presenti in proporzioni uguali. Pertanto si parla di "spettro" di colori, ossia dell'insieme di tutti i colori possibili; esempi di spettri colorati sono costituiti dall'arcobaleno o dal fascio di luce scomposta da un prisma trasparente.

Sintesi additiva

In pratica, l'esperienza insegna che tutti i colori possono essere ottenuti partendo da tre fasci luminosi nei cosiddetti colori primari: rosso, verde e blu. Questo procedimento, che parte dal buio e somma le luci, si chiama "processo additivo" o "sintesi additiva" dei colori.
L'unione dei tre colori primari (o fondamentali) dà il bianco; quando i colori primari vengono uniti due a due si ottengono invece i cosiddetti colori complementari; il blu e il rosso danno il magenta (colore complementare del verde), il rosso e il verde danno il giallo (complementare del blu), il verde e il blu danno il ciano (complementare del rosso). Il colore ciano viene anche denominato cyan o blu/verde.

PROCESSO ADDITIVO DEI COLORI

Tre fasci di luce nei colori primari (blu, verde, rosso), sovrapponendosi due a due formano i colori complementari (giallo, magenta, ciano);
dove si sovrappongono tutti e tre, danno origine al bianco.
(Da documentazione AGFA)

 

PROCESSO SOTTRATTIVO DEI COLORI

Un fascio di luce bianca viene fatto passare attraverso tre filtri
realizzati nei colori complementari (giallo, magenta, ciano).
La sovrapposizione di due fasci colorati genera i colori primari (blu, verde, rosso),
mentre la presenza contemporanea dei tre filtri produce il nero.
(Da documentazione AGFA)

Sintesi sottrattiva

La sintesi additiva parte da tre sorgenti luminose colorate per ottenere tutti gli altri colori. Se si ha invece una sola sorgente di luce, bisogna ricorrere alla "sintesi sottrattiva", che è la stessa che avviene quando si usano i coloranti (come i tubetti del pittore o l'inchiostro di una stampante).

Con la sintesi sottrattiva i colori vengono generati da una sola sorgente di luce (supposta bianca), che viene fatta passare attraverso filtri colorati realizzati nei colori complementari suddetti. Le superfici colpite dai raggi luminosi si comportano in modi diversi, a seconda che li riflettano o li assorbano in maggiore o minore misura. Nella pratica, tutti i corpi assorbono la luce, a causa della rugosità della superficie.

Riflessione e diffusione

I corpi perfettamente levigati (come gli specchi) riflettono la luce secondo le leggi della riflessione geometrica, dove l'angolo del raggio riflesso è uguale a quello del raggio incidente. LUCE RIFLESSA
Quando la superficie è perfettamente levigata,
il raggio riflesso rimbalza
secondo le leggi dell'ottica geometrica. I corpi non perfettamente levigati, invece, riflettono in tutte le direzioni la luce che li colpisce, provocando una diffusione; anche i mezzi trasparenti provocano la diffusione della luce, come avviene nel cielo.

LUCE DIFFUSA

Le superfici reali sono tutte più o meno ruvide, quindi la luce incidente viene riflessa in più direzioni, provocandone la diffusione.