Huygens

HUYGENS

Christiaan Huygens  (14 aprile 1629­-8 luglio 1695)  è stato un matematico, astronomo e fisico olandese, fra i protagonisti della rivoluzione scientifica.

Le osservazioni astronomiche

 Nel 1655, adoperando un telescopio di propria fabbricazione, scoprì la luna di Saturno, Titano,e teorizzò che Saturno fosse circondato da un anello sottile e piatto, non collegato al pianeta, inclinato rispetto all'eclittica. Nello stesso anno osservò la Nebulosa di Orione. Grazie al suo telescopio fu in grado di suddividere la nebulosa in singole stelle. La regione interna più chiara della Nebulosa di Orione è chiamata Regione di Huygens in onore di questo lavoro.

Si occupò anche di ottica, migliorando notevolmente gli strumenti astronomici, costruendo un oculare per cannocchiali formato da due lenti pianoconvesse, adatto a ridurre l’aberrazione cromatica, che oggi da lui prende il nome. Propose inoltre nuove tecniche di lavorazione delle lenti.

I rapporti con la comunità scientifica

 Huygens intrattenne rapporti di corrispondenza anche con la comunità scientifica toscana,tali rapporti investirono, anzitutto, la definizione della natura dell'anello che circonda Saturno. Comportarono, inoltre, l'avvio di una polemica che rivendicò la priorità galileiana della scoperta dell'applicazione del pendolo all'orologio, presentata come propria invenzione dallo scienziato olandese.

Nel 1656, infatti, Huygens aveva ottenuto un brevetto sul primo orologio a pendolo.

Altri contributi

Huygens preparò le fondamenta del calcolo infinitesimale nei suoi lavori sui coni, ma soprattutto è famoso per la sua ipotesi circa la natura ondulatoria della luce.

Prendendo in esame la forza centrifuga e la gravità, poi, fu il primo a notare la variazione della forza centrifuga tra poli ed equatore, riuscendo ad esprimere tale forza anche da un punto di vista matematico.

A lui si deve anche la prima ipotesi in merito alla conservazione dell’energia, introducendo il concetto di forza viva, che successivamente sarà chiamata energia cinetica, applicata concettualmente anche alla possibilità di spiegare i fenomeni naturali in termini di cambiamenti di velocità e posizione di atomi microscopici.

Teoria Ondulatoria della Luce di Huygens

 La luce viene vista come un'onda che si propaga in un mezzo, chiamato etere, che si supponeva pervadere tutto l'universo ed essere formato da microscopiche particelle elastiche. La teoria ondulatoria della luce permetteva di spiegare  un gran numero di fenomeni: oltre alla riflessione ed alla rifrazione, Huygens riuscì infatti a spiegare anche il fenomeno della birifrangenza nei cristalli di calcite.

Principio di Huygens

E’ un metodo di analisi applicato ai problemi di propagazione delle onde.

In ottica ondulatoria esso ha la seguente formulazione: ogni punto di un fronte d’onda che esiste in un certo istante si comporta come una sorgente di onde sferiche secondarie che si propagano verso l’esterno con la stessa velocità dell’onda; il fronte d’onda nell’istante successivo è la superficie tangente a tutte le onde sferiche secondarie.

Young

YOUNG

 

Thomas Young (1773 – 1829) è stato uno scienziato britannico, famoso per le ricerche riguardanti la luce e  la meccanica dei solidi e per gli apporti alla fisiologia e all'egittologia.

 

Interferenza ottica

In fisica Thomas Young è meglio conosciuto per i suoi lavori in ottica come autore di una ricerca che stabilisce il dualismo onda-particella, e soprattutto come scopritore dell'interferenza nella luce. Nell'esperimento della interferenza da doppia fenditura del 1801 viene fatto passare un fascio di luce attraverso due fessure parallele praticate su di uno schermo opaco, in modo da ottenere uno schema di bande chiare e scure su di una superficie bianca posta dietro lo schermo. Ciò convinse Young della natura ondulatoria della luce.

Teoria dell'elasticità

Con la lettera E si indica il modulo di Young o modulo di elasticità longitudinale, che pone in correlazione la sollecitazione (di qualsiasi tipo) su di un corpo con la relativa sua deformazione (allungamento rispetto alla lunghezza iniziale), tale relazione di proporzionalità viene espressa con σ = Eε, nel caso di un corpo sollecitato lungo un asse principale. Il modulo di Young è indipendente dalla geometria dei materiali presi in esame, cioè con esso ci si riferisce ad una proprietà specifica del singolo materiale.

Medicina (Fisiologia)

Young viene considerato uno dei fondatori della fisiologia ottica. Nel 1793 spiegò con la variazione del grado di curvatura del cristallino  il processo di accomodazione da parte dell'occhio per mettere a fuoco gli oggetti posti a diversa distanza; nel 1801 Young per primo descrisse l'astigmatismo.

Nelle sue lezioni avanzò l'ipotesi che la percezione dei colori dipendeva dalla presenza nella retina di tre diversi tipi di fibre nervose reagenti rispettivamente al rosso, al verde e al violetto, la teoria tricromatica.

Secondo Newton tutti i colori possono essere ottenuti mescolando colori spettrali, e quindi l’ipotesi tricromatica sarebbe stata vera (e in accordo con Newton) se tutti i colori spettrali fossero a loro volta ottenibili da tre di essi, i colori "primari". Gli scienziati si misero alla ricerca di quei tre colori, e alcuni di loro affermarono di averli trovati. La soluzione trovata da Thomas Young è questa: il tricromatismo è causato dalla fisiologia del sistema visivo, cioè è causato dall'occhio e non da proprietà della luce.

Young ricerca dunque i tre componenti del colore nella costituzione dell'apparato visivo piuttosto che nell’esterno. Insomma, non esistono colori "primari" ma tre tipi di elementi sensibili al colore nella retina (un anno dopo aver indicato come esempio rosso, giallo e blu, Young indicò rosso, verde e violetto).

È questa la prima teoria di visione dei colori, cioè la prima spiegazione del perché vediamo i colori come li vediamo. I modelli di questo tipo hanno a che fare con la struttura dell'apparato visivo, della retina in particolare, e con i meccanismi che stanno dietro la retina e portano impulsi nervosi al cervello, che ne ricava la sensazione di colore.

La qualità di un colore, secondo la teoria di Young, dipende dai rapporti delle intensità delle tre sensazioni e la luminosità dalla loro somma. Un raggio blu per esempio è capace di eccitare sia la sensazione verde che quella violetta e un raggio giallo sia quella rossa che verde.

Fresnel

Fresnel

Augustin-Jean Fresnel  (10 maggio 1788 – 14 luglio 1827) è stato un fisico francese che eseguì importanti ricerche in campo ottico, in particolare nell'ottica fisica.

A lui si deve la formulazione dei cosiddetti integrali di Fresnel, strumenti matematici attraverso i quali riuscì ad elaborare una teoria che spiegasse tutti i fenomeni ottici: riflessione, rifrazione, interferenza e diffrazione.

Nonostante buone parte del suo lavoro fosse stato anticipato in modo indipendente da Thomas Young, tra il 1815 e il 1819 decise comunque di pubblicare i suoi studi presso l'Accademia delle Scienze di Parigi, di cui successivamente divenne membro.

Nel 1818 partecipò ad un concorso promosso dall'Accademia delle Scienze per un saggio riguardante uno studio teorico e sperimentale sulla luce. In quel periodo l'argomento era piuttosto rilevante, soprattutto a motivo della disputa che risaliva ai tempi di Newton sulla natura corpuscolare od ondulatoria della luce.

Alla presentazione degli studi di Fresnel, che si basavano sulla teoria ondulatoria della luce, il fisico sostenitore della teoria corpuscolare, spiegò che per assurdo seguendo tali studi sarebbe dovuta osservarsi una macchia luminosa (la "macchia di Poisson") nel centro dell'ombra di un disco circolare illuminato da una sorgente puntiforme; fatto che venne tuttavia sperimentalmente provato, confermando quindi il lavoro dello stesso Fresnel a cui venne attribuito il premio.

Inventò una nuova forma di lente, la lente di Fresnel nata per alleggerire i fari, da applicare dove serve una lente superficialmente ampia ma relativamente sottile.

La propagazione della luce è dovuta secondo Fresnel a vibrazioni trasversali meccanico-elastiche dell'etere. Accertata la natura elettromagnetica delle vibrazioni luminose, le equazioni di Fresnel restano tuttavia formalmente valide, così come resta valido il principio di Huygens-Fresnel sulla propagazione delle onde mediante il quale è possibile studiare fenomeni di diffrazione. Le teorie matematiche dell'interferenza e della diffrazione che Fresnel costruì e le esperienze che le confermarono furono ulteriori prove decisive a favore dell'ipotesi ondulatoria. Fra i dispositivi escogitati dal fisico per dare la dimostrazione sperimentale dei fenomeni di interferenza si ricordano:

·         il biprisma 

·         gli specchi

Nell'ambito della teoria generale della propagazione della luce da egli elaborata trovano non meno esauriente spiegazione i fenomeni di polarizzazione; attraverso esperienze su ciò il fisico realizzò un polarizzatore circolare che va sotto il suo nome. A lui è dovuta anche una semplice costruzione grafica per effettuare a mezzo di vettori rotanti la composizione di moti armonici di uguale centro e frequenza.