L'arcobaleno in un occhiale

L'arcobaleno in una bolla di sapone

Spesso, quando maneggio i miei occhiali da miope di grado 5 in modo che le lenti riflettano la luce di una lampada la vedo riflessa in luce violetta o verde (oppure vedo le due immagini, quella violetta e quella verde, in punti diversi della lente). Non credo che le lenti si comportino come prismi, piuttosto come il retro dei dischi ottici, che ha un riflesso arcobaleno. È giusto? A cosa è dovuto l'effetto?

16 marzo 2008
Il meccanismo che produce le tipiche riflessioni colorate nelle lenti da occhiale è l’interferenza (nel caso dei prismi è invece la rifrazione, e in quello dei dischi ottici la diffrazione). Questo fenomeno è uno dei fondamenti dell’ottica ondulatoria, e si può osservare in tante occasioni nella vita di ogni giorno. Un esempio molto bello si ha nei colori delle bolle di sapone.

Occorre spendere due parole per richiamare il meccanismo di base dell’interferenza delle onde. Supponiamo di avere due oscillazioni della stessa ampiezza e lunghezza d’onda che si propagano insieme: l’effetto complessivo è la somma delle due onde. A seconda della relazione di fase, potrà accadere che le onde si rafforzino l’una con l’altra (ed allora si parla di interferenza costruttiva) oppure che l’una indebolisca l’altra, o anche che l’annulli (interferenza distruttiva).
Schema interferenza








Ritorniamo all’esempio delle bolle di sapone. Se si estrae dal liquido il telaietto per soffiare e lo si tiene in verticale, dopo un po’ di tempo si osservano delle bande colorate. Vediamo come si producono.
Bolle di sapone














Come noto, la luce del giorno contiene tutti i colori dell’arcobaleno (luce bianca). In termini di onde, ogni colore corrisponde ad una diversa lunghezza d’onda, maggiore per il rosso e minore per il blu. Tutti i colori insieme producono per noi il bianco.
Onde elettromagnetiche







La pellicola di acqua saponata è sottilissima; per parziale riflessione della luce, la faccia anteriore e quella posteriore generano due onde leggerissimamente ritardate l’una rispetto all’altra. Per semplicità, consideriamo dapprima una particolare componente di colore.
Luce e pellicola di sapone














Il ritardo produce uno sfasamento tra le due onde che dopo la riflessione si propagano insieme verso l’occhio dell’osservatore: si potrà dunque avere un fenomeno di interferenza (costruttiva, distruttiva o di effetto intermedio). Il ritardo è praticamente lo stesso per tutti i colori, dovuto allo spessore locale della pellicola di sapone, ma lo sfasamento sarà diverso a seconda della lunghezza d’onda, determinando ad esempio condizioni di interferenza distruttiva per il rosso, e costruttiva per il blu.

secondo schema interferenza.jpg














Il risultato netto, per l’occhio dell’osservatore, sarà una luce non più bianca, in quanto mancante della componente rossa e con una prevalenza di blu. A seconda dello spessore della pellicola di sapone (più sottile nella parte alta e più spessa in basso), il colore risultante dipenderà dal gioco delle componenti ondulatorie che si rafforzano, s’indeboliscono o si annullano per interferenza.

Ed ora il quesito. Nel caso delle lenti da occhiali – ma anche con gli obiettivi fotografici e con tanti altri componenti ottici – si usa depositare sulle superfici un sottilissimo strato di rivestimento, simile alla pellicola di sapone, allo scopo di ridurre per interferenza le componenti di luce riflessa che possono disturbare la visione. Questi rivestimenti antiriflesso (o “trattamenti”, “coatings”, “film” o “strati sottili”) non possono determinare condizioni di interferenza interamente distruttiva per tutte le componenti della luce del giorno; quelle che in qualche misura restano conferiscono alla luce una colorazione residua, che potrà essere azzurrina, porpora, verdolina ecc. a seconda del tipo di rivestimento che è stato fatto e dell’angolo a cui la luce incide.

Giuseppe Molesini Istituto Nazionale di Ottica Applicata (INOA), Firenze
Keywords: ottica

© Copyright SISSA - Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati - Trieste (Italy) - 2001-2011