15 domande di ottica come all'esame di fisica del semestre filtro di medicina · 11 a risposta multipla e 4 a completamento, tutte con la spiegazione · le prime qui sotto, gratis
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Ottica
La luce si riflette e si rifrange: le lenti sfruttano la rifrazione
Riflessione: angolo riflesso = angolo incidente, misurati dalla normale
Verso un mezzo con n maggiore il raggio si avvicina alla normale
Riflessione totale: da n alto a n basso oltre l'angolo limite
Lente convergente: q negativo vuol dire immagine virtuale
Formulan₁ · sen θ₁ = n₂ · sen θ₂1/p + 1/q = 1/f
Esempio
f = 10 cm e p = 30 cm: 1/q = 1/10 − 1/30 = 1/15, quindi q = 15 cm
⚠️ La trappola
Oggetto fra fuoco e lente: immagine virtuale e dritta, non capovolta
Esercizi di ottica: prova tu
Domanda 1
Un raggio di luce incide su una superficie riflettente piana e liscia con un angolo di 40° rispetto alla normale alla superficie. L'angolo tra il raggio riflesso e la normale vale:
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Giusta la B: 40°
La legge della riflessione impone θ_r = θ_i, entrambi misurati dalla normale: a 40° dalla normale il raggio riflesso riparte a 40° dall'altra parte della normale
Domanda 2
Un raggio di luce attraversa una lastra di vetro a facce piane e parallele, entrando ed uscendo nell'aria. Rispetto al raggio incidente, il raggio che emerge dalla lastra è:
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Giusta la E: parallelo a sé stesso, solo traslato lateralmente
Nella lastra a facce piane e parallele il raggio subisce due rifrazioni opposte e simmetriche (aria→vetro e poi vetro→aria): l'angolo di uscita è uguale all'angolo di incidenza, quindi il raggio emerge parallelo a sé stesso, solo spostato lateralmente
Domanda 3
Un fascio di luce colpisce una superficie ruvida, dando luogo a riflessione diffusa anziché speculare. Rispetto alla legge della riflessione (angolo riflesso = angolo incidente):
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Giusta la A: Continua a valere punto per punto, con normali diverse
La legge vale in ogni punto della superficie: nella riflessione diffusa è la normale locale a cambiare orientamento da punto a punto, non la legge a fallire
Domanda 4
Nella legge dei punti coniugati per una lente convergente sottile, un valore negativo della distanza dell'immagine q indica che l'immagine è:
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Giusta la D: Virtuale
Per convenzione q < 0 indica un'immagine virtuale, dalla stessa parte dell'oggetto
Domanda 5
Un raggio di luce passa dall'aria (n = 1,00) all'acqua (n = 1,33) con un angolo di incidenza di 30° rispetto alla normale. L'angolo di rifrazione vale circa:
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Giusta la C: 22°
Dalla legge di Snell n1 sen θ1 = n2 sen θ2: sen θ2 = (1,00·sen30°)/1,33 = 0,500/1,33 = 0,376, quindi θ2 = arcsen(0,376) ≈ 22°
Domanda 6 · a completamento
Nelle fibre ottiche la luce resta intrappolata all'interno del filamento grazie al fenomeno della ...... totale.
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Risposta: riflessione
Le fibre ottiche guidano la luce sfruttando la riflessione totale: quando il raggio, viaggiando in un mezzo più rifrangente, incide sulla superficie di separazione con un angolo interno superiore all'angolo limite, non si rifrange più e torna interamente riflesso. L'errore più comune è rispondere «rifrazione», confondendo il fenomeno che guida la luce nella fibra con quello che invece la farebbe uscire