Se stai studiando fisica al liceo oppure all’università, di sicuro ti sarai già imbattuto nella riflessione, nella rifrazione e nella dispersione, ma sai anche di cosa stiamo parlando?

Ovviamente di luce e, più nello specifico, di come si comportano le onde luminose in determinati contesti, ad esempio quando incontrano un ostacolo oppure una superficie trasparente come uno specchio o l’acqua.

Riflessione: cos’è e quando avviene?

Con il termine riflessione, nell’ambito della fisica della luce, si intende un brusco cambiamento di direzione nella propagazione di un’onda, che colpisce il confine tra diversi mezzi.

Almeno una parte del disturbo dell’onda rimane nello stesso mezzo.

La riflessione regolare, che segue una legge semplice, si verifica ai confini di un piano.

L’angolo tra la direzione del movimento dell’onda in arrivo e una perpendicolare alla superficie riflettente (angolo di incidenza) è uguale all’angolo tra la direzione del movimento dell’onda riflessa e una perpendicolare (angolo di riflessione).

La riflessione ai confini irregolari è molto diffusa. La riflettività di un materiale di superficie, come ad esempio uno specchio, è la frazione di energia dell’onda in arrivo che viene riflessa da esso.

Rifrazione: cos’è e quando avviene?

La rifrazione, così come la riflessione, è il cambio di direzione di un’onda che passa da un mezzo a un altro, causato però dal suo cambiamento di velocità.

Ad esempio, le onde viaggiano più velocemente in acque profonde che in quelle poco profonde.

Se un’onda oceanica si avvicina a una spiaggia obliquamente, la parte dell’onda più lontana dalla spiaggia si sposterà più velocemente della parte più vicina, e quindi l’onda oscillerà fino a quando non si sposterà in una direzione perpendicolare alla costa.

La velocità delle onde sonore è maggiore nell’aria calda rispetto che in quella fredda.

Di notte, l’aria viene raffreddata sulla superficie di un lago e qualsiasi suono che viaggia verso l’alto viene rifratto verso il basso dagli strati superiori di aria che rimangono ancora caldi.

Pertanto i suoni, così come le voci e la musica, possono essere percepiti molto più lontano attraverso l’acqua di notte che non di giorno.

Le onde elettromagnetiche che costituiscono la luce vengono rifratte quando attraversano il confine da un mezzo trasparente, come un prisma, a un altro a causa del loro cambiamento di velocità.

Un raggio di luce di una lunghezza d’onda, o colore (lunghezze d’onda diverse appaiono come colori diversi all’occhio umano), nel passaggio dall’aria al vetro viene rifratto, o piegato, di una quantità che dipende dalla sua velocità nell’aria e nel vetro a seconda della lunghezza d’onda.

Un raggio di luce solare è composto da molte lunghezze d’onda, che in combinazione sembrano essere incolori. Entrando in un prisma di vetro, le diverse rifrazioni delle varie lunghezze d’onda le diffondono come in un arcobaleno.

Dispersione: cos’è e quando avviene?

La dispersione, nel moto delle onde, indica qualsiasi fenomeno associato alla propagazione di singole onde a velocità che dipendono dalle loro lunghezze d’onda.

Le onde oceaniche, per esempio, si muovono a velocità proporzionali alla radice quadrata delle loro lunghezze d’onda.

Queste velocità variano da pochi piedi al secondo per le increspature a centinaia di miglia all’ora per gli tsunami.

Un’onda di luce ha una velocità in un mezzo trasparente che varia inversamente all’indice di rifrazione (una misura dell’angolo in cui la direzione di un’onda viene cambiata mentre si sposta da un mezzo a un altro).

Qualsiasi mezzo trasparente, come ad esempio il già citato prisma di vetro, provocherà la fuoriuscita di un fascio di luce parallelo incidente in base all’indice di rifrazione del vetro per ciascuna delle lunghezze d’onda o dei colori dei componenti.

La dispersione, talvolta, è chiamata anche separazione della luce in colori, un effetto che, in fisica, viene detto più propriamente dispersione angolare.