Fuoco (ottica)

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Il termine fuoco in ottica indica il punto in cui i singoli raggi formanti un fascio di radiazioni elettromagnetiche distinte si incontrano, e quindi concentrano, in seguito ad un'applicazione del fenomeno di rifrazione, applicato ad esempio in una lente, o al fenomeno di riflessione applicato ad esempio in uno specchio concavo. È il seguito di un fenomeno di convergenza di raggi in un punto. Nelle realtà il fuoco non è sempre indicabile come un insieme di punti e solo teorizzando, nell'ambito dell'ottica geometrica si parla di unico punto focale. (vedi: Aberrazione)

Il termine deriva probabilmente dal gioco che si può fare con una lente di ingrandimento o altro rifrattore positivo (cioè che fa convergere i raggi) nelle giornate assolate o con fonti luminose diverse dal sole ma comunque relativamente molto potenti: cioè quello di focalizzare i raggi in un punto su un pezzo di carta, o altro combustibile, e vederlo annerire e successivamente infiammarsi.

Il fuoco di una lente sottile[modifica | modifica sorgente]

Partendo dalla legge di Snell, si può ricavare il valore della distanza focale valido per fasci di raggi luminosi parassiali e lenti sferiche sottili (la relazione è anche detta legge dei fabbricanti di lenti):

\frac{1}{f} = \left(\frac{n}{n'}-1\right)\left[ \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} \right].

dove:

  • n è l'indice di rifrazione del materiale con cui è costituita la lente,
  • n' è l'indice di rifrazione dell'ambiente in cui la lente è immersa,
  • R_1 e R_2 sono i raggi della lente definiti positivi per lenti convesse.

Questa legge vale nell'approssimazione di lente sottile, cioè quando lo spessore della lente è trascurabile rispetto al suo diametro (o, equivalentemente, quando il raggio di curvatura della lente è molto grande) e nella condizione di considerare raggi parassiali. In caso contrario la luce non si concentra esattamente tutta in un solo punto, ma mostra una certa dispersione chiamata rispettivamente aberrazione cromatica e aberrazione sferica.

La messa a fuoco di un'immagine[modifica | modifica sorgente]

L'occhio e diversi strumenti (macchine fotografiche, cannocchiali, binocoli, telescopi) utilizzano una o più lenti o specchi per concentrare la luce, in modo da ottenere un'immagine più chiara. Perché l'immagine sia nitida, però, occorre che la retina o la lastra fotografica si trovino nel punto esatto in cui i raggi luminosi concentrati dalla lente convergono. Si dice in tal caso che l'immagine è a fuoco; in caso contrario si dice fuori fuoco o sfocata.

Nell'occhio[modifica | modifica sorgente]

In base alla legge fisica esposta sopra, il punto esatto in cui i raggi luminosi convergono dipende dalla distanza della sorgente. L'occhio è in grado di mettere a fuoco sulla retina un'immagine proveniente da qualunque distanza (fatta eccezione per le distanze inferiori a circa 10 cm) modificando lo spessore e la curvatura del cristallino.

Nella fotografia[modifica | modifica sorgente]

Fotografia con il primo piano a fuoco, e lo sfondo fuori fuoco

Nelle macchine fotografiche, la messa a fuoco viene operata allontanando o avvicinando opportunamente alcune lenti dell'obiettivo alla pellicola. La regolazione può essere manuale o automatica.

Nei telescopi[modifica | modifica sorgente]

Per i telescopi non esiste il problema di mettere a fuoco oggetti posti a diversa distanza, dato che la distanza degli oggetti stellari è sempre tanto grande da poter essere di fatto considerata infinita.

La messa a fuoco costituisce però ugualmente un problema a causa dell'elevatissimo ingrandimento, che richiede un'altissima precisione: anche una lievissima irregolarità nella curvatura della lente o dello specchio basta a provocare un'imperfetta messa a fuoco. Non è solo un problema di fabbricazione ma anche di condizioni operative: ad esempio le variazioni di temperatura possono causare la dilatazione termica dello specchio e quindi alterarne la curvatura.

Nei telescopi rifrattori si aggiunge il problema del diverso indice di rifrazione per i vari colori, per il quale ogni colore ha un diverso fuoco. Solo sfruttando come espediente varie lenti convesse è possibile focalizzare colore per colore (lunghezza d'onda per lunghezza d'onda) nel punto desiderato, che si trova per comodità lungo l'asse ottico del tubo.

Per questa ragione, con le attuali tecnologie, è praticamente impossibile costruire telescopi rifrattori con lenti dal diametro maggiore di 1 metro circa. Si riesce invece a costruire telescopi riflettori con specchi fino a 5-6 metri. Anche in questi tuttavia far convergere la luce verso lo specchietto secondario che a sua volta la rifletterà verso l'oculare può essere problematico.

Dimensioni ancora maggiori, fino a circa 10 metri, si sono ottenute utilizzando specchi composti da più elementi, che vengono mantenuti nella corretta posizione da un sistema di controllo computerizzato.

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]