E-school  di  Arrigo Amadori

Tutorial di fisica

Effetti ottici

La propagazione della luce nell'atmosfera terrestre subisce disturbi tali da creare effetti ottici a volte anche 
molti suggestivi.

La causa di questi effetti dipende dalle disomogeneità fisiche (densità, temperatura, umidità ecc.) che l'aria  
spesso presenta.

Presentiamo qui brevemente alcuni di questi effetti ottici.

        -    Miraggio.

Quando il terreno raggiunge alte temperature a causa dell'irraggiamento solare, l'aria nelle sue immediate vicinanze 
si scalda di conseguenza. L'aria calda possiede una densità minore (questo fenomeno è sfruttato per esempio nelle 
mongolfiere), mentre l'aria fredda ha densità maggiore (d'inverno, in situazione di alta pressione stabile, la nebbia 
persiste nelle vallate mentre in collina splende il sole).

       

La luce, passando da aria più fredda (più densa) ad aria più calda (meno densa) subisce una rifrazione :

       

dove l'angolo di incidenza  è minore dell'angolo di rifrazione    (    ). Se poi l'angolo di incidenza 
supera l'angolo limite si ha la riflessione totale, cioè il raggio incidente non può "passare" nell'altra zona di aria 
più densa. 

       

Queste considerazioni sono alla base della spiegazione del fenomeno del miraggio, fenomeno frequente nelle zone 
desertiche calde dove, guardando lontano, può sembrare vi siano specchi d'acqua. Questo fenomeno è conosciuto 
anche dagli automobilisti delle nostre latitudini che in estate vedono in lontananza le strade come fossero bagnate. 

Il fenomeno del miraggio, quindi, si spiega considerando che i raggi di luce passando da zone di aria più fredda (più 
densa) a zone di aria più calda (meno densa) subiscono una deviazione con angolo di rifrazione sempre maggiore fino 
a subire la riflessione totale.

Tutto ciò è facilmente comprensibile osservando il disegno :

       

All'osservatore sembrerà che i raggi di luce provenienti dall'albero provengano dal basso come se fossero riflessi 
dall'acqua.

        -    Fata Morgana.

Si tratta del fenomeno opposto al precedente. Quando vicino al suolo l'aria è più fredda ed in alto più calda, i raggi di 
luce vengono deviati in modo opposto al precedente e l'oggetto appare "in cielo". 

Tali fenomeni si verificano per lo più in tratti di mare fra due terre. La temperatura dell'acqua, in estate, è minore di quella 
dell'aria per cui gli stati di aria in prossimità del mare sono più freddi e più densi.

       

        -    Apparente posizione del sole all'alba e al tramonto.

Sia all'alba che al tramonto noi vediamo il sole quando in effetti esso non potrebbe essere visibile se non vi fosse 
l'atmosfera. Questo fenomeno è determinato dalla rifrazione che i raggi del sole subiscono entrando nell'atmosfera 
terrestre. Il vuoto è otticamente meno denso dell'aria per cui la deviazione è tale per cui l'angolo di incidenza è maggiore 
dell'angolo di rifrazione.

Il fenomeno è immediatamente comprensibile osservando il disegno :

       

(proporzioni non rispettate)

        -    Sole e luna rossi.

All'alba ed al tramonto il sole e la luna appaiono più rossi di quando sono alti nel cielo. Questo dipende dal fatto che 
l'atmosfera diffonde ed assorbe la componente blu e violetta della luce bianca maggiormente rispetto alla componente
rossa. Per questo motivo il cielo appare blu.

Quando il sole (o la luna) è al tramonto, la sua luce attraversa un tratto di atmosfera molto maggiore. Questo fa sì che 
le componenti blu vengono assorbite e la luce rimane più "ricca" di componenti rosse.

       

(proporzioni non rispettate)

        -    Luna rossa durante un eclisse.

La luna, durante un'eclisse totale (di luna) non scompare completamente nel cono d'ombra della terra, ma 
appare leggermente colorata di rosso. Questo è un fenomeno, a dir il vero molto suggestivo, che combina 
rifrazione e diffusione. La luce bianca del sole viene deviata dall'atmosfera terrestre (rifrazione) ed arrossata 
(diffusione combinata all'assorbimento della componente blu) e va a colpire la luna arrossandola.

       

(proporzioni non rispettate)

Fine. 

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