Bidone d'acqua per valutare la geometria del fascio luminoso delle nostre torce

[P.P.]

Dopo qualche prova ho notato come un semplice bidone riempito d'acqua possa servire per
mostrare alcuni particolari del fascio luminoso delle nostre torce : l'acqua, in virtù della sua
più alta densità rispetto all'aria... offre infatti un fenomeno simile a quello che si nota con la
nebbia, qualora in essa venga proiettata la luce di una torcia.


Se avete un grande secchio d'acqua o un bidone potrete così fare facili comparative tra i fasci
luminosi di modelli diversi, vedendo lì dentro la forma dello spill, dello spot e del resto .
Sotto non si nota con chiarezza perché non ho usato il cavalletto, tuttavia basta porre la torcia
in obliquo, sul bordo del bidone con il fascio luminoso rivolto verso il fondo.


Torcia piccola a zoom, led rosso :








Torcia con ottica classica a parabola :

[guagua]

Si potrebbe immergere la testa per vedere meglio

[few218]

soluzione interessante

[L'Accrocchista]

Il problema, a mio avviso, di questa indagine, è la diffrazione. Gli angoli del fascio luminoso passando dall'aria all'acqua cambiano. In generale, passando da un ambiente meno denso a uno più denso (diversi indici di rifrazione) il raggio rifratto ha un angolo di rifrazione (angolo fra la normale al piano fra aria e acqua e il raggio stesso) minore. Cioè passando dall'aria all'acqua si chiudono.
http://fisicaondemusica.unimore.it/Legge_rifrazione.png
La formula è la seguente:
sen(a)/sen(b)=r(b)/r(a)
dove
a= angolo di incidenza (fra normale al piano e raggio incidente)
b= angolo di rifrazione (fra normale al piano e raggio rifratto)
r(a)= indice di rifrazione del materiale dove arriva il raggio incidente (nel nostro caso l'aria, circa 1)
r(b)= indice di rifrazione dove entra il raggio rifratto (nel nostro caso l'acqua, circa 1.3)

Quindi, applicando la formula, ed ipotizzando che P.P. abbia tenuto la torcia inclinata di 60° rispetto alla normale

sen60°/sen(b)=1.3/1

da cui b=40° circa

[P.P.]

Interessante ! A questo aspetto non avevo proprio pensato .

[L'Accrocchista]

Anche nel caso P.P. "sparasse" dritto, essenso il fascio conico, ci sarebbe una rifrazione. Qui un un esempio


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[L'Accrocchista]

Mi ci sono pagato gli studi dando ripetizioni di Fisica e Matematica...

Il problema dei nostri fasci nella nebbia, è proprio la rifrazione, e anche il raggiungimento dell'angolo limite. Angolo cioè oltre il quale un raggio nemmeno riesce a essere rifratto, perchè maggiore di 90° e viene quindi riflesso. Ciò che accade, per esempio, nelle fibre ottiche. Che sono semplici tubi di vetro, dal quale la luce non riesce ad uscire perchè forma con le superfici del tubo angoli sempre maggiori dell'angolo limite
Per questo guidare nella nebbia è un casino, per questo i fari antinebbia sono in basso, per cambiare l'angolo che essi hanno rispetto alla massa di nebbia (acqua) che incontrano di fronte

[start90a]

Neanche io l'avevo pensato alla rifrazione, però come dici tu la legge si applica alla componente normale alla superficie di discontinuità, per cui la componente tangente del fascio (a quanto ne so) non viene intaccata.
In altre parole: guardando da sopra il fascio dovrebbe mantener gli angoli reali, guardando dal fianco del contenitore (se questo fosse trasparente) allora vedremmo angoli modificati.

Dico bene?

[L'Accrocchista]

Neanche io l'avevo pensato alla rifrazione, però come dici tu la legge si applica alla componente normale alla superficie di discontinuità, per cui la componente tangente del fascio (a quanto ne so) non viene intaccata.
In altre parole: guardando da sopra il fascio dovrebbe mantener gli angoli reali, guardando dal fianco del contenitore (se questo fosse trasparente) allora vedremmo angoli modificati.

Dico bene?

Sai che non ho capito? Da dove guardi non c'entra. Il raggio fa una sua strada, indifferentemente da dove lo guardi.
Posso aggiungere questo, a chiarire. Se un raggio incide con angolo di 0° (ricordo, 0° rispetto alla normale) cioè è perpendicolare al piano dell'acqua, esso non ha rifrazione, cioè prosegue il suo cammino perpendicolare all'acqua, anche dentro l'acqua. Ma l'unico raggio della nostra torcia (se tenuta in verticale sull'acqua) che si comporta così è uno, quello che collega il centro del led con la sua proiezione sul piano dell'acqua. Tutti gli altri hanno un angolo di incidenza, e quindi di rifrazione

[L'Accrocchista]

Aggiungo, ma qui la cosa si fa davvero difficile da valutare, che la rifrazione cambia anche le lunghezze d'onda della luce, e quindi scordatevi di vedere la stessa luce nell'aria e nell'acqua.