Sei in: Home > Storico dei corsi di insegnamento > Ottica Geometrica con laboratorio
 
 

Ottica Geometrica con laboratorio

 

Geometrical Optics with Laboratory

 

Anno accademico 2014/2015

Codice dell'attività didattica
FIS0008
Docenti
Prof. Elena Botta (Titolare del corso)
Prof. Stefania Beolè (Assistente)
Prof. Marco Maggiora (Titolare del corso)
Dott. Luca Zangrilli (Titolare del corso)
Corso di studi
[f008-c315] laurea i^ liv. in ottica e optometria - a torino
Anno
1° anno
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
11
SSD dell'attività didattica
FIS/01 - fisica sperimentale
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Obbligatoria
Tipologia d'esame
Prova pratica
Prerequisiti
Conoscenze di base di Fisica Sperimentale: grandezze fisiche, unita' di misura, leggi fisiche, capacita' di risolvere semplici problemi di Fisica.
Propedeutico a
Corso di Analisi Dati Sperimentali
 
 

Obiettivi formativi

Laboratorio (4 CFU)

Lo studente deve apprendere i principi fisici e le tecniche base per la verifica delle leggi dell'Ottica Geometrica, acquisendo la capacita' di discutere gli errori a cui sono soggetti i risultati sperimentali ottenuti in laboratorio.

Storia degli strumenti ottici (3 CFU)

Funzionamento dal punto di vista ottico dei principali strumenti; - storia ed evoluzione tecnica delle principali categorie di strumenti ottici.

 

Risultati dell'apprendimento attesi

Laboratorio (4 CFU)

Conoscenza e comprensione (knowledge and understanding)

Comprensione del carattere sperimentale dell'Ottica Geometrica, come branca della Fisica (metodo Galileiano). Comprensione dei vari aspetti del processo di misura e del significato di errore sperimentale di una misura. Conoscenza delle cause dell'errore sperimentale e delle tecniche statistiche per la sua minimizzazione. Comprensione della problematica della propagazione degli errori nelle misure indirette e della determinazione della compatibilita' tra leggi e misure e tar misure diverse.

Capacita' di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding)

Capacita' di misurare la distanza focale di una lente signgola e di un sistema di due lenti a contatto (lente divergente) e non. Capacita' di verificare la validita' delle leggi della riflessione e della rifrazione; applicazioni particolari ai casi della lamina sottile e del prisma triangolare ad angolo retto. Capacita' di verificare le leggi delle lenti sottili e degli specchi sferici. Capacita' di misurare dell'indice di rifrazione di una sostanza solida per mezzo di un prisma rettangolare sfruttando il fenomeno dell'angolo limite. Capacita' di individuare le cause di errore nelle misure effettuate, di determinare gli errori di misura e di trattarli con metodi statistici. Capacita' di descrivere le misure effettuate redigendo delle brevi relazioni, di illustrare la trattazione dei dati e di presentare il risultato finale della misura.

Storia degli strumenti ottici (3 CFU)

Capacità di applicare i concetti di base dell'ottica per comprendere il funzionamento di uno strumento ottico; - conoscenza della storia delle principali categorie di strumenti ottici.

 

Modalità di insegnamento

Ottica Geometrica e Storia degli Strumenti Ottici : lezioni frontali

Laboratorio:
Lo studente dovra' svolgere 7 esperienze di laboratorio, oggetto dell'esame,  ed essere in grado di stimare e trattare gli errori di a cui sono soggette le misure effettuate. In un precorso di 4 lezioni di due ore ciascuna vengono affrontate le tematiche base della Teoria degli Errori statistici e della loro propagazione nelle misure indirette.

lezioni frontali introduttive (frequenza fortemente consigliata)+pratica in laboratorio (frequenza obbligatoria)

 

Modalità di verifica dell'apprendimento

Ottica Geometrica:

L'esame consiste in una prova orale obbligatoria. Tale prova orale consiste di almeno tre domande, che vertono sempre ed esclusivamente solo sui contenuti delle slides caricate nella sezione del materiale didattico relativo al corso ed a cui hanno libero accesso in lettura sia gli studenti che i docenti del corso di laurea; per superare l'orale non è quindi necessario fare riferimento a materiale didattico terzo. Le votazioni sono espresse in trentesimi.
Una delle domande verte sempre su una delle dimostrazioni o degli esercizi svolti durante le lezioni di didattica frontali e contenuti nelle slides sopra citate: nel caso il candidato non mostri una padronanza completa dell'esercizio o della dimostrazione richiesti, e/o non sia in grado di interpretare correttamente le formule utilizzate, la votazione dell'orale, anche in presenza di una gestione brillante delle altre domande, è limitata ad un valore massimo di 25/30.
Le tre domande sono rivolte allo studente in modo da abbracciare tutto il programma del corso, ed in particolare una delle domande verte sempre sull'ottica fisica, mentre almeno una delle altre due domande riguarda sempre le lenti, spesse e sottili (sferiche, cilindriche, sfero-cilndriche o toriche), e/o le loro aberrazioni.
In caso di una prestazione dello studente fortemente contradditoria nel gestire le tre domande è prevista la possibilità di porre una quarta domanda per definire il voto con maggiore certezza.
La durata media della prova orale è compresa tra un minimo di 30 minuti ed un massimo di 45/50 minuti.

Laboratorio: 
Esonero sulla parte di statistica e trattazione degli errori in ingresso al laboratorio; correzione delle relazioni di laboratorio e prova pratica finale.

Storia degli Strumenti Ottici:

La verifica dell'apprendimento consiste in una prova orale, durante la quale viene chiesto allo studente di argomentare su tre (normalmente non più di quattro) quesiti riguardanti aspetti generali del programma del corso.

 

Attività di supporto

Storia degli strumenti ottici

Eventuali escursioni presso Istituti e musei allo scopo di vedere e commentare direttamente esemplari significativi di strumenti ottici.

 

Programma

Ottica Geometrica, Maggiora (4 CFU)

  • Italiano
  • English

Introduzione:

Cenni di teoria delle onde: oscillatore armonico, onde meccaniche, propagazione nel mezzo, grandezze fondamentali, principio di sovrapposizione e interferenza, fronte d’onda, onda sferica, onda piana, principio di Huygens-Fresnel, onde elettromagnetiche, intensità

Natura della luce: cenni storici, interpretazione corpuscolare, interpretazione ondulatoria, spettro visibile, spettro elettromagnetico

Propagazione della luce: indice di rifrazione, dispersione e formula di Cauchy, cammino ottico, principio di Fermat, concetto di raggio, riflessione diffusiva

Formazione dell’immagine: oggetto e immagine, immagine reale, immagine virtuale, formazione dell'immagine, osservazione dell'immagine

Riflessione: riflessione su superficie piana, legge della riflessione, applicazione dei principi di Huygens e Fermat

Specchi: specchi piani, formazione di immagini con specchi piani, applicazioni di specchi piani, riflessione su superficie sferica, aberrazione sferica, ottica di Gauss, specchi sferici concavi e convessi, equazione dello specchio sferico, potenza dello specchio sferico, invertibilità del cammino ottico, formazione di immagini con specchi sferici, ingrandimento, specchi asferici

Rifrazione su superfici piane: legge di Snell, applicazioni dei principi di Huygens e Fermat, diottro piano, formazione di immagini per il diottro piano, profondità apparente, lamina ottica, riflessione interna totale, angolo limite, fibre ottiche, apertura numerica, effetto fish-eye

Prismi: prisma ottico, minima deviazione e misura dell'indice di rifrazione, potenza prismatica, prismi disperdenti, numero di Abbe, potenza prismatica, applicazioni con prismi disperdenti, prismi a riflessione totale, applicazioni con prismi a riflessione totale,, pentaprisma

Rifrazione su superfici sferiche: diottro sferico, punti focali, distanze focali, piano focale, potere rifrattivo, vergenza, formazione di immagini, ingrandimento trasversale e angolare, teoremi dei seni di Abbe e di Lagrange-Helmholtz

Lenti: lenti sferiche, tipi di lenti, punti focali e principali, piani focali e principali, punti nodali, centro ottico, equazione del costruttore di lenti, potenza, equazione delle lenti di Gauss, formazione di immagini con lenti sottili, equazione delle lenti di Newton, lenti positive e negative, ingrandimenti (trasversale, longitudinale, angolare), condizione di Lagrange-Helmholtz e limiti dell’ingrandimento angolare.

Lenti spesse: formazione di immagini con lenti spesse, distanza focale, potere effettivo, potere nominale, potere frontale, equazione di Gauss per le lenti spesse, ingrandimento, trasversale e angolare

Sistemi di lenti: combinazione di due lenti sottili, potenza del sistema, potenza frontale

Lenti astigmatiche: lenti cilindriche, sistemi di lenti cilindriche, lenti sfero-clindriche, sistema TABO, sistema internazionale, equivalente sferico, lenti toriche

Lenti multifocali: nomenclatura, lenti a unghia, lenti a disco fuso, salto immagine e correzione, lenti progressive

Lenti a contatto: parametri geometrici, parametri ottici, parametri fisici

Aberrazioni ottiche: concetto di aberrazione geometrica, aberrazioni nelle lenti sottili (coma, astigmatismo, curvatura di campo, distorsione, aberrazione cromatica, doppietto acromatico), aberrazioni negli specchi

Occhio umano: cenni di fisiologia dell’occhio umano, accomodamento, punto prossimo, punto remoto, occhio ipermetrope, occhio miope, occhio astigmatico, cenni di correzione dei difetti visivi con lenti, aberrazione nell’occhio

Strumenti ottici: macchina fotografica, diaframma, apertura di campo, obbiettivi fotografici, lente di ingrandimento, microscopio composto, telescopio rifrattore, telescopio riflettore, cannocchiale

Fenomeni atmosferici: propagazione della luce nell'atmosfera, visione delle stelle (posizione apparente), anticipo dell’alba e ritardo del tramonto, miraggio, arcobaleno.

Elementi di ottica fisica: concetto di diffrazione, diffrazione da due fenditure puntiformi (esperienza di Young), diffrazione da sorgenti puntiformi su oggetti estesi, diffrazione di Fraunhofer, diffrazione su apertura circolare (disco di Airy), criterio di Rayleigh, potere risolutivo (lineare, angolare), specchi di Fresnel e di Lloyd, reticoli di diffrazione (diffrazione e effetto dispersivo), aspetti ondulatori della riflessione su superfici piane (inversione di fase), interferenza su lamine sottili, trattamento antiriflesso, anelli di Newton.


Laboratorio, Botta (4 CFU)

  • Italiano
  • English

Lezioni introduttive:

introduzione al metodo sperimentale, leggi fisiche, concetto di errore di misura, errori casuali e sistematici, trattazione degli errori casuali nel caso si singola misura, di poche misure e di molte misure, errore relativo, cifre significative, propagazione degli errori nei casi di poche e molte misure, cenni al metodo dei minimi quadrati, regressione lineare.

Misure in laboratorio :

1) distanza focale di lente singola

2) distanza focale di un sistema di due lenti a contatto e non

3) verifica delle leggi delle riflessione

4) verifica delle leggi della rifrazione e misura dell'indice di rifrazione di un corpo semiriflettente; riflessione totale

5) effetto di lamina sottile e prisma sulla propagazione della luce

6) verifica delle leggi degli specchi sferici

7) misura dell'indice di rifrazione di un materiale vetroso sotto forma di un prisma triangolare retto sfruttando il fenomeno della riflessione totale

Storia degli Strumenti Ottici, Zangrilli (3 CFU)

  • Italiano
  • English

  • Storia e sviluppo delle principali idee nell'ottica, dal punto di vista scientifico e tecnologico dagli albori al '700.
  • Storia e sviluppo delle principali idee nell'ottica dall'ottocento ai giorni nostri.
  • Storia degli strumenti oftalmici.
  • Storia delle lenti oftalmiche.
  • Storia del telescopio.
  • Storia del microscopio.
  • Storia della strumentazione ottica di laboratorio: spettroscopia, interferometria.
  • Storia degli strumenti ottici per misure e rilievi.
  • Storia della fotografia.
  • Storia del disegno ottico.

 

Testi consigliati e bibliografia

Ottica geometrica, Maggiora

CATALANO - Elementi di ottica generale – Zanichelli HALLIDAY RESNICK – Fisica II – Casa Editrice Ambrosiana MAZZOLDI NIGRO VOCI - Onde – Edises

http://personalpages.to.infn.it/~mmaggior/ottica_geometrica/Ottica_geometrica.html

Laboratorio: Appunti su pagina web del docente

Storia degli Strumenti Ottici:

Lucidi del docente e appunti di lezione

 

Note

 

 

 
 
Ultimo aggiornamento: 02/12/2016 16:42
Campusnet Unito
Non cliccare qui!