Lo studio delle proprietĂ ottiche era giĂ sondato in antichitĂ , in particolare ai tempi dei Greci.
Uno degli assunti fondamentali provenienti dal mondo antico, in particolare dagli studi di Euclide, fu quello della propagazione rettilinea dei raggi di luce; questa Ăš lâapprossimazione dellâottica geometrica che useremo in questo paragrafo.
In epoca moderna, il primo scienziato che si cimentĂČ nello studio dellâottica fu Keplero che nel 1610 cercĂČ di dare un senso matematico alle proprietĂ delle lenti.
Successivamente Snell ricavĂČ le leggi sulla rifrazione, che portano tuttâoggi il suo nome.
Nel 1665 GrimaldĂŹ osservĂČ il fenomeno della diffrazione, mentre Huygens nel 1690 e Newton nel 1704 proposero una natura ondulatoria per la luce, in contrapposizione alla dominante teoria corpuscolare del tempo.
I successivi studi di Young sullâinterferenza (1801), di Fresnel e di Foucault per la misurazione della velocitĂ della luce portarono alcune evidenze circa la natura ondulatoria senza peraltro scartare del tutto quella corpuscolare.
Diciamo fin da subito che la conciliazione di queste due nature troverĂ spiegazione solamente con la fisica contemporanea del Ventesimo Secolo (in particolare con la meccanica quantistica) e che lâapprossimazione di ottica geometrica sarĂ superata alla fine dellâOttocento con la teoria dellâelettromagnetismo.
Per comprendere le leggi dellâottica, dobbiamo introdurre due quantitĂ tipicamente legate ai fenomeni ondulatori.
Definiamo lunghezza dâonda
la distanza spaziale tra due punti di unâonda nei quali si ha il medesimo valore di una data quantitĂ :
Allo stesso modo definiamo la frequenza f come lâinverso di una distanza temporale tra due punti di unâonda nei quali si ha il medesimo valore di una data quantitĂ :
Per unâonda vale la seguente relazione, dove v Ăš la velocitĂ :
Leggi di rifrazione e riflessione
Dato un raggio luminoso che attraversa due differenti mezzi, chiamiamo rifratto il raggio che si propaga nel secondo mezzo, mentre riflesso il raggio che rimane nel primo mezzo.
La legge di Snell sulla rifrazione spiega la deviazione dei raggi luminosi quando si passa da un materiale allâaltro, introducendo una quantitĂ detta indice di rifrazione:
Dove i pedici i e t fanno riferimento alla luce incidente (prima della superficie di separazione tra i differenti materiali) e a quelle trasmessa (dopo la superficie di separazione).
Vale la seguente relazione per gli indici di rifrazione:
Lâimportanza dellâindice di rifrazione Ăš data dal fatto che, applicando i concetti meccanici della minima azione e del calcolo variazionale, il principio di Hamilton si traduce, in ottica, nel famoso principio di Fermat, secondo il quale la traiettoria di un raggio di luce in ottica geome...
