le immagini virtuali

      la riflessione su uno specchio piano

Una sorgente luminosa puntiforme emette luce in tutte le direzioni .Se la mettiamo vicino ad uno specchio, oltre a vederla direttamente osserviamo anche una sua immagine che sembra provenire da dietro lo specchio. Alcuni raggi emessi dalla sorgente colpiscono direttamente il nostro occhio , altri vi arrivano dopo essere stati riflessi dallo specchio.
Consideriamo una superficie speculare piana dotata di forte potere riflettente comunemente chiamata specchio piano. Sia inoltre S una sorgente puntiforme. 
Applicando le leggi della riflessione costruiamo i raggi riflessi provenienti dai raggi incidenti SI. SI'... I raggi riflessi divergono ,mentre i loro prolungamenti geometrici si incontrano nel punto S' simmetrico ad S e quindi alla sorgente luminosa rispetto allo specchio.
Se un osservatore guarda lo specchio , il suo occhio è colpito da alcuni raggi riflessi che sembrano provenire dal punto S'. Egle ha così l'impressione che l'oggetto si trovi dietro lo specchio. Ma è solo un'ILLUSIONE  perché dietro allo specchio non c'è niente.
Diciamo per questo che S' è un'immagine virtuale perché per un osservatore i raggi si comportano come se provenissero da S' e non da S, infatti i raggi raccolti dall'occhio non passano effettivamente per il punto S'. Se mettessimo uno schermo dietro lo specchio non otterremmo alcuna immagine della sorgente S perché in quella  zona non si concentra energia luminosa.
L'immagine, non di una sorgente puntiforme ma di un oggetto luminoso di dimensioni finite si può ottenere ripetendo per ogni punto la costruzione appena esposta. Basta quindi trovare l'immagine di ogni suo punto, cioè il punto simmetrico rispetto allo specchio di ogni suo punto.
L'immagine che ottengo è appunto virtuale , ha le stesse dimensioni dell'oggetto , è diritta rispetto ad esso e si trova alla stessa distanza dallo specchio. Però l'immagine ottenuta e l'oggetto non sono sovrapponibili. Essi sono infatti inversamente uguali cioè hanno la destra e la sinistra invertite, per questo se davanti allo specchio alziamo la mano destra, l'immagine alza la sinistra.

la riflessione sugli specchi sferici

Applichiamo ora la legge della riflessione agli specchi sferici ( uno specchio si dice sferico quando la sua superficie riflettente ha la forma di una calotta sferica).
Gli specchi sferici si dividono in due categorie:

1.  specchi concavi se la superficie speculare è quella interna, in questo caso l'immagine che io osservo nello specchio sarà rimpicciolita, rovesciata ma reale;
2. specchi convessi se la superficie speculare è quella esterna, in questo caso l''immagine sarà rimpicciolita, diritta ma virtuale.

Proprio per questo mi occuperò prevalentemente degli specchi convessi.
Quando un fascio di raggi incide appunto su uno specchio convesso, parallelamente al suo asse ottico principale (si definisce asse ottico ogni direzione che congiunge un punto dello specchio con il suo centro, è principale se il punto considerato è il vertice V dello specchio)  i raggi  riflessi si allontanano divergendo come se provenissero tutti da un unico punto posto dietro lo specchio . Questo punto è chiamato "fuoco dello specchio", ma in quanto definito dall'intersezione dei prolungamenti dei raggi, per distinguerlo dal fuoco di uno specchio concavo il quale è il punto di intersezione dei raggi reale, viene detto fuoco virtuale.
Negli specchi convessi dunque, qualunque sia la posizione dell'oggetto , l'immagine è sempre virtuale, diritta e rimpicciolita, disposta tra il vertice e il fuoco.

                          il miraggio 

Una conseguenza della rifrazione è il fenomeno del miraggio , esso riguarda il  comportamento della luce, e quindi come viene rifratta passando nell'atmosfera terrestre . Infatti la rifrazione della luce che passa in strati di aria di diversa densità fa apparire gli oggetti in posizioni diverse da quelle reali e questo costituisce appunto il fenomeno del miraggio.
Generalmente gli strati dell'atmosfera più vicini alla terra sono quelli più densi, se la terra  è però molto calda e quindi vi sono temperature elevate accade il contrario e quindi gli strati più bassi sono meno densi degli strati superiori.
Consideriamo allora un raggio luminoso che parte dalla cima S di un albero propagandosi verso il suolo. Esso incontra strati d'aria sempre meno densi e quindi si rifrange allontanandosi dalla normale, di conseguenza per le leggi della rifrazione l'angolo di incidenza cresce sempre di più fino a che non supera il valore dell'angolo limite ( che  è l'angolo per il quale la luce non passa fra i due mezzi ma procede parallelamente alla superficie di separazione) e si ha dunque il fenomeno della riflessione totale (quindi i raggi reali provenienti dall'oggetto si riflettono totalmente).
Se il raggio riflesso totalmente incrocia l'occhio di un osservatore per esso è come se fosse partito da S' e non da S, questo significa che l'osservatore vede un'immagine virtuale al di sotto dell'oggetto reale ricevendo l'impressione dell'esistenza di una superficie bagnata antistante l'oggetto stesso.
                            

Viceversa se gli strati d'aria più alti sono meno densi di quelli più vicini alla terra un raggio di luce diretto verso l'alto subirà diverse rifrazioni che lo allontaneranno dalla normale fino a quando non si avrà ancora la riflessione totale e il raggio viene diretto verso il basso, l'osservatore che intercetta questo raggio localizza gli oggetti in posizioni che si trovano al di sopra della loro posizione reale, ad esempio come se volassero. Questo è il fenomeno della fata Morgana.

           

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