Rifrazione della luce: mettiti alla prova

Guida alla rifrazione della luce

La rifrazione è il cambiamento di direzione di un'onda luminosa quando passa da un mezzo a un altro con indice di rifrazione diverso, ad esempio dall'aria all'acqua o al vetro. Il fenomeno nasce dal fatto che la luce viaggia a velocità diverse nei diversi mezzi: nel vuoto circa 300.000 km/s, meno nel vetro o nell'acqua. L'indice di rifrazione n di un mezzo è il rapporto tra la velocità della luce nel vuoto e la sua velocità nel mezzo: n = c/v. L'acqua ha n ≈ 1,33, il vetro comune n ≈ 1,5 e il diamante n ≈ 2,42, il che spiega la sua straordinaria lucentezza.

La legge di Snell descrive quantitativamente il fenomeno: n₁ sen θ₁ = n₂ sen θ₂, dove gli angoli θ sono misurati rispetto alla normale, cioè alla retta perpendicolare alla superficie di separazione. Quando la luce passa da un mezzo meno rifrangente a uno più rifrangente (dall'aria al vetro), il raggio si avvicina alla normale; nel caso opposto si allontana. Se l'angolo di incidenza supera l'angolo limite, la luce non attraversa più la superficie ma viene completamente riflessa: è la riflessione totale interna, il principio di funzionamento delle fibre ottiche. Un errore frequente è confondere rifrazione e riflessione: nella riflessione la luce rimbalza sulla stessa superficie, nella rifrazione la attraversa cambiando direzione.

La rifrazione spiega molti fenomeni quotidiani: la paglia immersa in un bicchiere d'acqua sembra spezzata, il fondo di una piscina appare più superficiale di quanto sia, e un prisma separa la luce bianca nei colori dell'arcobaleno perché l'indice di rifrazione del vetro dipende dalla lunghezza d'onda (dispersione): il viola si piega più del rosso. Attenzione anche a un altro equivoco comune: la frequenza della luce non cambia nel passaggio tra mezzi, cambia la velocità e quindi la lunghezza d'onda. Infine, le lenti degli occhiali, delle macchine fotografiche e dei microscopi funzionano proprio grazie alla rifrazione controllata attraverso superfici curve.