Perché il cucchiaino in acqua sembra spezzato?

Metti una cannuccia, un cucchiaino, una matita in un bicchiere (trasparente) d’acqua, e improvvisamente l’oggetto sembra spezzarsi in due parti, una sott’acqua e l’altra sopra. Tutto ha a che fare con il fatto che la luce viaggia più lentamente nell’acqua che nell’aria, cioè l’indice di rifrazione dell’acqua è maggiore di quello dell’aria.

Ciò fa piegare un raggio di luce che passa dall’acqua all’aria, o viceversa, di un angolo specifico e misurabile. Come la luce si piega dipende dalla forma della superficie dell’acqua e dall’angolo con cui la luce lo colpisce, ed è illustrato nella figura a fianco in un caso molto semplice.

Ora, parlavamo del cucchiaino rotto. Come si legano le due cose? Bisogna guardare la prossima figura…

I raggi luminosi provenienti dalla parte finale dell’oggetto (x) si propagano in acqua, dopodiché arrivati alla superficie di separazione con l’aria si allontanano dalla perpendicolare, cioè si piegano di più, raggiungendo il nostro occhio. Il cervello però viene ingannato, essendo convinto che i raggi provengano non da x, ma dal punto y, cioè che abbiano viaggiato in linea retta da y al nostro occhio. Ovviamente questo ragionamento vale per qualsiasi punto sommerso dell’oggetto, quindi la parte sommersa sembra essere più vicina a noi di quanto non sia, e complessivamente l’oggetto ci sembra anche piegato, rotto.

Bonus: l’oggetto spesso sembra anche leggermente più grosso sott’acqua, questo perché la curvatura del bicchiere lo rende una debole lente d’ingrandimento: la superficie curva fa allargare leggermente i raggi luminosi, rendendo l’immagine dell’oggetto leggermente più grande.