In questo breve articolo cercheremo di capire il perché il cielo risulti azzurro durante le giornate limpide ed appaia rooso al tramonto e ancora del perché una goccia di latte, versata in un bicchiere d'acua la renda tutta lattiginosa. Questi fenomeni sono dovuti alla diffusione della luce ad opera di minute particelle.

Possiamo esemplificare il concetto pensando ad un filo conduttore (come nell'esempio della figura sottostante).

Nell'esempio una onda elettromagnetica (per esempio una radioonda) investe un tratto di filo conduttore. Il suo campo magnetico oscilla in su e in giù anche in corrsipondenza del file e pertanto induce in esso una oscillazione di cariche elettriche. Il filo conduttore, essendo sede di cariche elettriche oscillanti, si comporta come una antenna ed emette radioonde nello spazio in tutte le direzioni. Il filo in sostanza assorbe energia dall'onda elettromagnetica e la diffonde nello spazio.

Poiché le cariche indotte oscillano con la stessa frequenza dell'onda elettromagnetica incidente, la radiazione diffusa avrà la medesima frequenza e pertanto la stessa lunghezza d'onda della radiazione incidente.

Qualunque corpo che contiene elettroni può diffondere la luce: quando infatti un'onda elettromagnetica luminosa investe un corpo, ne fa oscillare lievemente gli elettroni e, conseguentemente, il corpo si comporta, a seconda delle sue dimensioni, come un'antenna o come un insieme di antenne e diffonde la luce. Questo vale indipendentemente dal fatto che il corpo sia un atomo, una molecola, un granello di polvere o una goccia di pioggia, con l'unica differenza che le particelle minute (minute rispetto alla lunghezza d'onda della radiazione incidente) diffondono la luce di minore lunghezza d'onda (la luce blu) molto di più di quanto diffondano la luce di maggiore lunghezza d'onda (la luce rossa).

Nelle giornate di sole la luce viene diffusa dalle molecole dell'aria e dalle minute particelle che l'aria contiene in sospensione. Dal momento che questi corpi hanno dimensioni più piccole rispetto alla lunghezza d'onda della luce, essi diffondono maggiormente la componente blu della luce solare e questo fa sì che il ciero diurno appaia azzurro. Per contro fuori dall'atmosfera terrestre non si ha diffusione e quindi il cielo appare sempre nero.

Le nubi appaiono invece bianche per il fatto che le particelle che diffondono la luce sono costituite da goccioline d'acqua e sono pertanto più grandi della lunghezza d'onda della luce. L'interferenza che si instaura tra le onde diffuse da differenti porzioni di una stessa gocciolina fa sì che la luce diffusa dipenda fortemente dalle dimensioni della goccia. In una nube sono presenti goccioline di svariate dimensioni e quindi, per quanto riguarda la sua lunghezza d'onda, la luce viene diffusa in modo casuale. Di conseguenza quando guardiamo una nube vediamo contemporaneamente luci di tutte le lunghezze d'onda aventi all'incirca tutte la stessa intensità e pertanto la nube ci appare bianca.

Un esperimento che potreste eseguire, e semplice da mettere in pratica, consiste nel prendere un bicchiere d'acqua e versare al suo interno alcune gocce di latte. Noterete che tutta l'acqua apparirà di colore bianco. Questo accade perché il latte contiene minute particelle di grasso che conservano la loro identità anche quando vengono versate nell'acqua. Queste particelle, essendo grandi rispetto alla lunghezza d'onda della luce, diffondono più o meno in egual misura tutte le sue componenti monocromatiche e quindi la luce diffusa appare bianca.

Certamente uno dei più suggestivi spettacoli è offerto quotidianamente dal tramonto del Sole. Al tramonto la luce giunge sino a noi lungo una direzione che è quasi parallela alla superficie della Terra e arriva ai nostri occhi dopo aver attraversato molti chilometri di atmosfera. Lungo questo tragitto, la compomente blu e gli altri colori di piccola lunghezza d'onda della luce solare vengono, a causa della diffusione, eliminati da questa più delle altre componenti e quindi la luce solare che ci raggiunge è rosso arancione. Il colore esatto dipende dalla quantità di particelle di polvere e di minuscole goccioline d'acqua presenti nell'aria; se questa è fortemente inquinata, il colore della luce solare al tramonto può assumere una colorazione rosso intenso.

Anche i colori delle nubi e del cielo circostanti dipendono fortemente dal tipo e dalla quantità di particelle che la luce attraversa e da cui viene diffusa prima di raggiungere i nostri occhi.

Saturday, July 15, 2006