LUCE E ACQUA
 

è i1 nome che viene assegnato a quella piccola banda dello spettro elettromagnetico a cui è sensibile l'occhio umano.
(78O nm zona del rosso-arancio e 400 nm = zona del blu -viola).
Per leggere questa pagina occorre luce: questo è proprio un esempio di una delle funzioni più importanti della luce, quella di trasmettere informazioni. L'uomo e gli altri organismi utilizzano, infatti, la luce per scambiarsi informazioni attraverso l'ambiente. Ma l'importanza della luce è molteplice: essa costituisce un componente essenziale nella sintesi di molti composti biologici ed è la sorgente di energia per tutta la vita sulla Terra.
Anche se si ha una qualche idea della natura della luce, certamente esistono molti fenomeni ottici che probabilmente appaiono misteriosi. Per esempio, perché un oggetto immerso nell'acqua sembra più vicino alla superficie di quanto lo sia in realtà? Perché un velo d'olio su una pozzanghera appare variopinto? Come si riesce a fissare un'immagine fotografica? Per rispondere a queste e a tante altre domande occorre esaminare le proprietà fondamentali della luce.
 
 

Riflessione
 

La comprensione e lo studio della propagazione di un'onda elettromagnetica, così come qualsiasi altro tipo di onda, è agevolato se si ricorre a una geniale intuizione dello scienziato olandese Christian Huyghens (1629-1695). Egli si accorse che, quando un'onda investe un punto, le particelle della sostanza in quel punto si mettono in vibrazione e si possono considerare a loro volta come sorgenti di nuove onde che si propagano in tutte le direzioni. Per la propagazione dell'onda, ogni punto del fronte d'onda viene considerato, in base al principio di Huyghens, come una sorgente di onde secondarie.

Principio di Huyghens
 

Sovrapponendo tutte le onde secondarie, si ottiene la perturbazione in ogni altro punto e si può costruire il nuovo fronte di onda come inviluppo del1e onde secondarie. II moto dell'onda, se non intervengono 'ostacoli', avviene in linea retta. Qualora però l'onda incontra una parete, per esempio uno specchio nel caso della luce, essa subisce una riflessione. II fenomeno obbedisce alla ben nota legge di Snell secondo la quale l'angolo di incidenza, formato dal raggio incidente e dalla direzione normale alla superficie riflettente, è uguale all'angolo di riflessione. formato dal raggio riflesso e dalla stessa normale.(Fig.1)

La legge di rifrazione

Quando il raggio luminoso di una torcia elettrica passa dall'aria dentro una bacinella d'acqua esso non subisce alcuna deviazione solo quando giunge perpendicolarmente alla superficie stessa dell'acqua.
Se invece il raggio arriva con una certa inclinazione, cioè formando un angolo di incidenza (ì), il raggio viene deviato formando
un certo angolo con la perpendicolare nel punto di incidenza, detto angolo di rifrazione (r), diverso dall'angolo (ì).
Si osserva facilmente che l'angolo di incidenza non è mai uguale a quello di rifrazione.
Quando il raggio passa da  un mezzoo meno rifrangente (aria) ad uno più rifrangente (acqua) allora l'angolo di rifrazione è minore di quello incidente (disegno in basso a sinistra).
INvece quando il raggio passa da un mezzo più rifrangente (acqua) a uno meno rifrangente(aria) allora è
 
 

L'indice di rifrazione dell'acqua.
 

L'indice di rifrazione è definito come il rapporto fra la velocità della luce nel vuoto, c, diviso per la velocità in un'altra sostanza
n= c / Vr
di modo che, adottando i valori di Michelson:
n= c / Vr = 3x10^8 / 2,25x 10^8 =1,33
Questo valore nell'indice di rifrazione dell'acqua è approssimato, sia perché la velocità della luce nell'aria è minore che nel vuoto, sia perché si è usata luce bianca per l'esperimento, ma l'indice di rifrazione dipende dalla frequenza della luce, come dimostra la rifrazione differenziata della luce in un prisma, cioè l'effetto arcobaleno. Infatti, durante la rifrazione la frequenza della luce non cambia, ma le diverse frequenze (i diversi colori) vengono rifratte sotto angoli diversi. L'indice di rifrazione per una particolare frequenza è legato agli angoli di incidenza (i) e di rifrazione (r) dalla legge di Snell:
n = sin i /sin r
esperienza comune che un oggetto introdotto ne11'acqua viene visto deformato.(Fig.2)
Qual'è la causa di questa deformazione?
Le "illusioni ottiche" sono provocate dalla memoria delle immagini registrate dai nostri occhi. La nostra esperienza di quotidiana ci conferma che la luce viaggia in linea retta, e noi ipotizziamo naturalmente che gli oggetti sono collocati nella direzione in cui dobbiamo guardare per vederli. Se però c'è un confine a cui si verifica la rifrazione, fra i nostri occhi e l'oggetto, allora la direzione della luce può essere cambiata dalla rifrazione. Un altro esempio di questo effetto è che la profondità di una vasca d'acqua appare minore di quanto sia in realtà. Il modo in cui la rifrazione causa queste contrazioni apparenti è mostrato nella (Fig.3). Per ragioni simili, gli oggetti appaiono spostati quando sono visti attraverso uno strato di vetro, di acqua o di plastica trasparente. Un altro esempio di rifrazione si verifica quando osservate una luce brillante attraverso una finestra coperta da gocce di pioggia. Si forma un'immagine confusa, perché ogni goccia di acqua può rifrangere la luce diretta all'occhio in direzioni molto lontane dalla linea di vista. Uno degli esempi più spettacolari di rifrazione è costituito dall''arcobaleno, provocato dalla rifrazione e dalla riflessione della luce solare da parte delle gocce di pioggia. Ogni goccia d'acqua rifrange e riflette la luce come mostra la (Fig.4).

 I colori dell'arcobaleno
 

L'arcobaleno appare colorato perché l'indice di rifrazione dell'acqua non è costante, ma varia con la lunghezza d'onda della luce. La luce solare contiene molte lunghezze d'onda e ognuna è deviata, cioè rifratta, di un angolo diverso nella goccia di pioggia, di modo che quando guardiamo l'arcobaleno i colori diversi sono visibili sotto angoli diversi.
 
 

Sintesi Additiva

Sommando le luci colorate abbiamo la sintesi additiva. I tre cololi primari sono: rosso, verde e blu (Red - Green - Blu =RGB) come nel caso del monitor che state osservando. La 

somma dei tre primati generano la luce bianca. 
Sintesi Sottrattiva
 

Magenta, giallo e ciano sono i primari della sintesi sottrattiva. Sono colori materici, pigmenti che hanno la caratteristica di riflettere alcuni colori (=frequenze)e di assorbirne altri. Vengono adoperati dai pittori, nel1a stampa dei giornali, dei tessuti ecc. La somma dei 
primari generano un colore molto scuro, quasi nero. 
Polarizzazione della luce

detta anche polarizzazione ottica:
fenomeno scoperto da C. Huygens nel 1690 secondo il quale quando le vibrazioni elettromagnetiche associate ad un'onda luminosa si propagano casualmente in tutte le direzioni si ha la luce naturale, mentre quando esiste un certo ordine nella distribuzione spaziale delle vibrazioni, si ha luce polarizzata. Essa può essere parzialmente o totalmente polarizzata, secondo che solo una parte o tutte le vibrazioni rispettino un certo ordine. (Fig.5)

Conclusioni

La conoscenza del comportamento fisico della luce, in particolare l'indice di riflessione, è di fondamentale importanza. Esiste la luce e la materia ha la capacità di rifletterla o assorbirla. Il colore locale degli oggetti si deve alla caratteristica pigmentazione capace di riflettere alcune lunghezze d'onda dello spettro visibile e di assorbirne le restanti. La luce riflessa dagli oggetti catturata e convogliata dall'obiettivo sul piano focale della fotocamera, fisserà l'immagine sul materiale fotosensibile.