LE CURIOSITÀ DI ELISABETTA E RICCARDO

Miraggio

Foto di un miraggio nel deserto.

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Arcobaleno

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Come vediamo i colori?

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Cosa sono i colori?

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Il colore degli occhi

Foto da pexels @wendelmoretti

Il colore negli occhi è dato da un pigmento, la melanina, presente nell'iride in diverse quantità. Ma andiamo con ordine...

L'iride è il muscolo che modifica la pupilla, ed è appunto la porzione dell'occhio nella quale osserviamo le diverse colorazioni. Tutte le colorazioni possibili sono date dal medesimo pigmento, la melanina, lo stesso che da il colore alla pelle.
A far variare il colore degli occhi, dai colori più chiari fino ai più scuri, è semplicemente la diversa quantità di melanina presente.

La fisica del colore degli occhi

Se presente in alte concentrazioni l'iride apparirà marrone. Più la concentrazione di melanina è elevata più avremo un marrone intenso, quasi nero. Al calare della melanina potremo apprezzare le diverse tonalità del marrone e del castano.
In questi casi la luce che colpisce l'iride viene assorbita dalla melanina, che tratterrà i diversi colori, mostrandoci prevalentemente le tonalità che compongono il marrone.

Se la quantità di melanina si riduce ancora potremo osservare i colori più chiari, come il nocciola, il verde e il grigio.
Questi colori, apparentemente diversi dal marrone, sono possibili grazie alla combinazione del colore della melanina ad un fenomeno fisico, la diffusione di Rayleigh. Vi ricordate? Ne abbiamo parlato affrontando il colore del cielo: la diffusione fa sì che la luce che colpisce l'iride venga ri-emessa in tutte le direzioni. Poichè, proprio come per il cielo, le particelle diffondenti dell'iride sono piccole, la luce pi&ugarve; diffusa è quella blu, il colore visibile dell'iride assume le sfumature particolari del verde e del grigio. Questi colori sono infatti piuttosto cangianti in base alla luce ambientale, proprio perchè dovuti non solo ad un pigmentazione, ma alla diffusione della luce.

E gli occhi azzurri? Sono dovuti all'assenza di melanina: la responsabile degli occhi azzurri è la sola diffusione!

I casi più particolari

Talvolta il colore degli occhi può variare nel corso della vita: è sicuramente il caso dei neonati, che nascono con poca pigmentazione e presentano quindi spesso occhi chiari. Questi variano nei primi mesi di vita, colorandosi per asssumere la colorazione che il corredo genetico della persona avrà stabilito.

Anche invecchiando può cambiare il colore degli occhi... In questo caso è ancora la diffusione a causare la variazione: con l'avanzare dell'età, le particelle diffondenti dell'iride tendono ad ingrandirsi, facendo venir meno le condizioni per la diffusione di Rayleigh, e provocando invece diffusione di Mie, che produce luce bianca: ecco spiegato perchè gli occhi tendono a sembrare più chiari e biancastri in età senile!

Un ultimo caso molto speciale è quello degli occhi rossi, tipici dell'albinismo: in questo caso le particolari condizioni dell'iride lo rendono più trasparente del dovuto, permettendo alla luce di filtrare verso il fondo dell'occhio e venire diffuso dalla retina, tipicamente rossa per la presenza dei vasi sanguigni. Il rosso che vediamo è dunque dovuto alla riflessione e alla diffusione del fondo dell'occhio.

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Il colore del cielo al tramonto

Foto da pixabay @ritae

Il tramonto da sempre affascina l'osservatore grazie ai suoi colori vivi e brillanti. I toni che assumono il sole ed il cielo al tramonto sono molto diversi dal cielo azzurro che abbiamo descritto nelll'ultima curiosità dal titolo Perchè il cielo è azzurro?. Ma come mai il colore del cielo cambia così al tramonto? La risposta è sempre da ricercare nel fenomeno fisico della diffusione, grazie al quale la luce, incontrando le piccole particelle di gas o di umidità sospese nell'aria, viene ri-emessa dalle particelle stesse in tutte le direzioni.

La luce viene diffusa

La luce del sole, passando nell'atmosfera, viene diffusa dalle molecole di gas o dalle minuscole goccioline di acqua sospese nell'aria. Come abbiamo visto (per approfondire: Perchè il cielo è azzurro?), la diffusione di Rayleigh diffonde principalmente la luce azzurra.

Un gioco di colori

Quando il sole si abbassa all'orizzonte, la sua luce deve attraversare una porzione maggiore di atmosfera rispetto a quando è a mezzogiorno. Questo percorso aggiuntivo fa sì che una maggiore componente di azzurro venga diffusa. La luce del sole è composta da molte frequenze, per semplificare pensiamola come composta da tutti i colori dell'arcobaleno. Tutti i colori insieme formano una luce che vediamo bianca: se da questo mix di colori rimuoviamo l'azzurro (dobbiamo rimuoverlo perchè è stato diffuso), quello che ci resta non sarà più luce bianca, ma luce di colore giallo-rosso.
Per lo stesso motivo il sole ci appare giallo, e non bianco, anceh quanto non è al tramonto!

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Perchè il cielo è azzurro?

Foto da pexels @elia-clerici

Vi siete mai chiesti perchè il cielo è azzurro?

Il colore del cielo è dato dalla diffusione, un fenomeno fisico che interessa la luce quando incontra un ostacolo.
Nel caso del cielo, l'ostacolo è rappresentato dalle molecole di gas o dalle piccolissime particelle di umidità sospese nell'aria. Proprio la dimensione ridotta di queste particelle, fa sì che avvenga la diffusione di Rayleigh: in questa configurazione la frequenza più diffusa è quella del blu. Questo significa che, di tutti i colori, verrà diffuso maggiormente il blu, rendendo il cielo azzurro.

Come funziona la diffusione?

Come abbiamo detto, la diffusione è un fenomeno fisico.

Trattando il fenomeno secondo la fisica quantistica, possiamo dire che i fotoni, le particelle di luce, nel loro movimento possono urtare dei corpi. Urtare è proprio il termine giusto, perchè quello che avviene è solitamente un urto elastico. Se immaginiamo un fotone che urta una molecola di gas, ad esempio, ciò che accade potrebbe essere paragonabile allo scontro tra due palle da biliardo.

Poichè la spiegazione di questo fenomeno non è semplice, solitamente si considera la diffusione secondo l'ottica ondulatoria: la luce, che si comporta come un'onda elettromagnetica, colpisce un corpo (nel caso del cielo la solita molecola di gas). Il corpo colpito agisce come una nuova sorgente di luce, emettendo in tutte le direzioni la radiazione ricevuta.

I tipi di diffusione

Possono avvenire diversi tipi di diffusione: possiamo distinguerne le tipologie in base alla dimensione delle particelle colpite dalla luce. Parlando di particelle "piccole" o "grandi", questi termini vanno intesi in riferimento alla lunghezza d'onda della luce: siamo nell'ordine dei nanometri, 10^-9 metri, ossia un milionesimo di millimetro...

• Per particelle piccole avremo diffusione di Rayleigh: in questa configurazione la frequenza maggiormente diffusa è quella del blu.
• Per particelle grandi avremo diffusione di Mie: in questa configurazione tutte le frequenze della luce incidente sono equamente diffuse. Se la luce è bianca avremo quindi una diffusione nel bianco. Un esempio potrebbe essere la luce del sole che colpisce le nuvole: le particelle d'acqua delle nuvole sono grandi rispetto alla lunghezza d'onda della luce, provocando una diffusione di tutte le frequenze, consentendoci di vedere le nuvole come bianche o grigie.
• Mentre i due casi appena riportati rappresentano diffusione da urti elastici, per una piccola percentuale di fotoni che subiscono un urto anaelastico, avremo una diffusione particolare, chiamata diffusione Raman.

Per concludere

In conclusione, i colori degli oggetti sono spesso dati dalla diffusione, ma questo non è l'unico fenomeno ottico che interessa la luce e che ci consente di vedere i colori! Esistono altri fenomeni come la riflessione, la rifrazione o l'assorbimento. Tutti questi fenomeni insieme contribuiscono a plasmare gli oggetti, dando forma alla luce che li colpisce, consentendoci di osservare il mondo attorno a noi.

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