Tutti i colori del compact disc

fisicaDellaMateria051205
La superficie di un compact disc riflette la luce bianca separandola (con effetti bellissimi in visione diretta) nei colori dell'iride.

Ho il dubbio se ciò sia dovuto allo strato sottile trasparente(effetto dell'olio sull'acqua) oppure a un'interferenza causata dalle tracce riflettenti distanti fra loro (mi sembra) circa 1 micron.

Paolo de Magistris
29 ottobre 2005
La risposta giusta è la seconda. Il principio fisico è infatti quello della diffrazione da “reticolo”, ossia da una sequenza regolare periodica di diffusori della luce. La luce diffusa in tutte le direzioni da ciascun diffusore interferisce con quella degli altri diffusori e l'interferenza risulta costruttiva solo per certe particolari direzioni dei raggi luminosi diffusi (tra cui vi è sempre la direzione di normale riflessione).

Un reticolo quindi, oltre a riflettere la luce, produce una o più “riflessioni anomale”, ossia raggi “diffratti”, ad angoli diversi da quelli della normale riflessione e che dipendono fortemente dalla lunghezza d'onda, ossia dal colore della luce. Quindi la luce bianca viene scomposta nei colori dell'arcobaleno. Nel caso del compact disk, le tracce concentriche, distanziate regolarmente tra loro di circa un micron e mezzo, costituiscono il reticolo.

Se non ci si accontenta di una risposta “cattedratica”, è anche facile discriminare sperimentalmente tra le due teorie proposte dal lettore con le seguenti osservazioni: le frange colorate hanno forme curve, chiaramente correlate con la forma circolare del disco stesso (cioè delle sue tracce concentriche), anche se non sono circolari a loro volta (la forma esatta delle frange dipende in modo complicato dalla geometria di osservazione, ossia dalla posizione della sorgente e dell'osservatore rispetto al disco); inoltre, le frange si estendono in regioni del disco che non corrispondono a dove si vede l'immagine riflessa della sorgente (che invece appare comunque bianca come la sorgente); i raggi colorati che osserviamo provenire da ciascuna regione del disco sono infine deviati rispetto ai raggi dell'immagine riflessa della sorgente in una direzione che è sempre perpendicolare alle direzione delle tracce in quella regione. Questi risultati, perfettamente in accordo con la teoria basata sulla diffrazione dal reticolo delle tracce, sono invece incompatibili con le previsioni di una teoria basata sull'interferenza da riflessione multipla in uno strato sottile, cioè il caso dell'olio sull'acqua, che darebbe invece luogo a frange pressoché rettilinee (perpendicolari al piano che contiene la sorgente luminosa e l'osservatore), e che occuperebbero solo la regione corrispondente alla riflessione della sorgente, trasformando l'immagine da bianca in colorata.

Lorenzo Marrucci Dipartimento di Scienze Fisiche, Università di Napoli "Federico II"

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