Interferenza luminosa

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Le proprietà delle onde che studieremo in questa sezione non possono essere spiegate con i modelli dell’ottica geometrica, perché esse hanno origine nella natura ondulatorie della luce. Infatti, uno dei più importanti aspetti del comportamento della luce è l’ interferenza, ossia la sovrapposizione mediante somma algebrica delle ampiezze delle onde.  In particolare quando le onde si sommano generando un’ampiezza maggiore si parla di interferenza costruttiva, quando generano un’ampiezza minore si parla invece di interferenza distruttiva. Per osservare fenomeni di interferenza devono essere rispettate alcune condizioni:

– la luce deve essere monocromatica, ossia deve essere di un solo colore: questo implica che le onde devono avere la stessa frequenza e di conseguenza la stessa lunghezza d’onda.

-le sorgenti che generano le onde devono essere coerenti: devono ossia mantenere una differenza di fase costante nel tempo.

Osservare fenomeni di interferenza nelle vita reale è quindi molto raro, anche se ci sono delle eccezioni, come le bolle di sapone, le cui superfici mostrano un’ampia gamma di colori (vedremo in seguito che questo è dovuto al diverso spessore della bolla), le ali cangianti di alcune farfalle e infine i laser, che emettono luce monocromatica e coerente. Molto più numerosi sono i fenomeni che non generano figure di interferenza: ad esempio il Sole e le lampadine in generale sono sorgenti incoerenti, in quanto emettono pacchetti di luce che si sovrappongono in maniera casuale: essi interagiscono tra di loro, ma la figura di interferenza varia rapidamente nel tempo e l’occhio umano non può seguirla.

Nell’immagine possiamo osservare una prima onda colorata in rosso e una seconda colorata in giallo (il tutto a scopo didattico, le due onde sono di fatto monocromatiche e hanno la stessa lunghezza d’onda) sommarsi e facendo interferenza dare come risultato la terza onda arancione.

In particolare possiamo osservare che, se la differenza di cammino tra le due sorgenti in fase che interferiscono in un punto è pari ad un multiplo intero dispari di mezza lunghezza d’onda, avremo interferenza completamente distruttiva, perché la seconda sorgente dovrà percorrere in più rispetto alla prima mezza lunghezza d’onda. Se invece la differenza di cammino è pari ad un multiplo intero della lunghezza d’onda, l’interferenza sarà costruttiva: infatti, percorrere una distanza λ è come spostare l’onda in avanti di una lunghezza d’onda. In generale, quest’ultima considerazione vale anche per multipli della lunghezza d’onda. Indicando con Δl la differenza di cammino tra le due onde troviamo le condizioni per l’interferenza costruttiva:

Interferenza costruttiva (sorgenti in fase):

\displaystyle \Delta l=m\lambda

con \displaystyle m=0,\pm 1,\pm 2...

Lo stesso discorso vale per l’interferenza distruttiva, dove la differenza di cammino è pari ad un multiplo dispari di λ/2. Quindi le condizioni per l’interferenza distruttiva saranno:

Interferenza distruttiva (sorgenti in fase):

\displaystyle \Delta l=\left( m-1/2 \right)\lambda

con \displaystyle m=0,\pm 1,\pm 2...

Se invece le sorgenti sono in opposizione di fase, basterà logicamente invertire le condizioni per l’interferenza costruttiva e distruttiva:

Interferenza costruttiva (sorgenti in opposizione di fase):

\displaystyle \Delta l=\left( m-1/2 \right)\lambda

con \displaystyle m=0,\pm 1,\pm 2...

Interferenza distruttiva (sorgenti in opposizione di fase):

\displaystyle \Delta l=m\lambda

con \displaystyle m=0,\pm 1,\pm 2...