
La frattura (o rottura) in meccanica è un fenomeno che si presenta a causa delle sollecitazioni agenti sul materiale e consiste, a livello macroscopico, nella disgregazione del materiale stesso (o oggetto) in frammenti minori.
Tale fenomeno è caratterizzato dalla disgregazione dei legami chimici che tengono uniti e coesi gli atomi costituenti il materiale; tali legami vengono rotti per effetto di un'energia esterna fornita per esempio da una sollecitazione esterna troppo intensa.
In ciascun materiale, si distinguono diversi tipi di frattura: fragile, duttile, di fatica, per creep e così via, tutti fenomeni derivanti appunto dalla rottura più o meno immediata dei legami interatomici del materiale.
La frattura può avvenire anche con basse sollecitazioni agenti sia come frattura fragile sia come collasso per fatica. La frattura può propagarsi lungo il bordo dei grani (cristalli di metallo) che compongono il materiale fratturato ("frattura intergranulare") o attraverso una frattura entro i grani stessi ("frattura transgranulare").
Generalmente si distinguono due tipi di frattura:
Nei metalli e nelle leghe, a livello microscopico, i più comuni meccanismi di frattura sono tre: frattura duttile, frattura fragile per clivaggio e frattura fragile intergranulare.
Un materiale metallico soggetto a frattura duttile presenta, macroscopicamente, sulle superfici di frattura un aspetto fibroso. Questo aspetto è dovuto alla presenza sulle superfici di micro-cavità chiamate "dimples".
Usualmente, gli stadi che si osservano nella frattura duttile sono:
Nel caso di materiali metallici per uso tecnico, a causa della loro elevata resistenza, la fase di coalescenza dei microvuoti può non avvenire. Il congiungimento delle cavità ha luogo per il cedimento lungo bande di taglio, indebolite dalla presenza delle microcavità.
La frattura per clivaggio (o "frattura di schianto") è caratterizzata da una brusca rottura del materiale, causata da una impossibilità di quest'ultimo di deformarsi plasticamente.
I materiali metallici, alle temperature di impiego comuni, difficilmente vanno incontro a frattura per clivaggio. Le condizioni che possono causare questo tipo di frattura sono le basse temperature, un alto grado di triassialità delle tensioni ed elevate velocità di applicazione della sollecitazione.
In generale la frattura per clivaggio è transgranulare e si propaga lungo i piani atomici a più bassa densità atomica, caratteristici del tipo di reticolo cristallino. Per i reticoli cubici a corpo centrato il suddetto piano è l'100 mentre per gli esagonali compatti è lo 0001.
All'inizio della frattura all'interno dello stesso grano possono crearsi più piani di frattura paralleli che tendono successivamente a confluire in un unico piano. Ciò crea i cosiddetti "river patterns" segni sulla superficie di frattura la cui direzione indica l'origine della frattura; la superficie di frattura risulta quindi composta da "faccette" lisce separate appunto dai "river patterns".
Nelle leghe polifasiche, la complessità della microstruttura fa sì che la frattura pur essendo transgranulare non avvenga su di un unico tipo di piano cristallino, creando quindi faccette meno lisce e definite.
La frattura intergranulare avviene per decoesione dei grani cristallini a livello del bordo grano. Essa è associata ad una bassa tenacità a frattura del materiale e quindi una elevata fragilità. Le superfici di frattura si presentano sfaccettate e brillanti.
La frattura intergranulare avviene quando i bordi grano, solitamente più resistenti di grani stessi, sono indeboliti diventando inevitabilmente sede del cammino di frattura.
Le principali cause della debolezza del bordo grano sono le seguenti:
Negli acciai la penetrazione nella matrice ferrosa degli atomi di idrogeno è causa dell'infragilimento da idrogeno o EAC ("Envirometal Assisted Cracking") che determina la frattura fragile dell'acciaio.
La sensibilità a questo fenomeno è tanto maggiore quanto maggiori sono le proprietà meccaniche del materiale.
Tale fenomeno si presenta ad esempio nelle condotte in acciaio interrate e condotte sottomarine dotate di protezione catodica.
Infatti in questo caso nella zona catodica dove normalmente vi è una maggiore concentrazione di idrogeno a causa di una sovraprotezione vi può essere la penetrazione di atomi idrogeno nell'acciaio.
Questa diffusione dipende anche dalla struttura microcristallina dell'acciaio.
Le cause sono varie, comunque i metalli con reticolo cristallino cubico a facce centrate (cfc) (es. Al e acciai inossidabili austenitici) non presentano frattura fragile anche a basse temperature (70 K), invece i materiali con reticolo cubico a corpo centrato (ccc) (es. acciai ferritici) presentano una temperatura di transizione, al di sotto della quale il comportamento passa da duttile a fragile. Questa temperatura, oltre che dalla composizione di lega, è fortemente influenzata dai trattamenti termici subiti dall'acciaio nel corso della costruzione e può essere influenzata anche da fenomeni esterni come la corrosione intergranulare o l'irraggiamento neutronico che subiscono gli acciai costituenti il recipiente reattore in impianti nucleari.
Se si analizza a livello atomico la frattura, si può ragionevolmente pensare che essa avvenga in corrispondenza della rottura dei legami interatomici. Affinché i legami atomici vengano rotti deve essere applicato una sforzo di trazione, almeno pari alla sforzo coesivo dei suddetti legami.
Si consideri un solo legame atomico con distanza di equilibrio formula_1 al quale viene applicata una forza formula_2 di trazione che tende ad aumentare la distanza interatomica formula_3.
L'andamento della forza applicata in funzione dello spostamento interatomico può essere in prima approssimazione rappresentata da metà periodo di sinusoide (per semplicità consideriamo l'origine in formula_1)
dove formula_6 è la forza di coesione (che corrisponde alla forza massima), e formula_7 è una opportuna costante.
La rigidezza del legame, calcolata come la derivata in formula_8 della forza applicata è
Moltiplicando entrambi i termini della precedente equazione per il numero di legami per unità di area e per la distanza interatomica formula_1 si ricava:
che risolta per formula_12 risulta:
dove formula_12 è lo sforzo di coesione e formula_15 è il modulo elastico a trazione del materiale.
Si può calcolare inoltre l'energia di superficie come metà dell'energia di frattura (poiché due sono le superfici che si formano),
Combinando quest'ultima con l'espressione precedente di formula_12 risulta
Perché avvenga la frattura lo sforzo applicato deve essere maggiore o uguale allo sforzo coesivo e, se si approssima ragionevolmente la costante formula_7 a formula_1, si nota che formula_21. Ciò però non concorda con quanto trovato sperimentalmente, in quanto gli sforzi di frattura misurati sperimentalmente sono in valore due o tre ordini di grandezza minori del modulo elastico.
Ciò è dovuto all'effetto dell'intrinseca presenza di difetti nei materiali, che viene studiato dalla meccanica della frattura.


Il termine luce (dal latino "lux") si riferisce alla porzione dello spettro elettromagnetico visibile dall'occhio umano, approssimativamente compresa tra 400 e 700 nanometri di lunghezza d'onda, ossia tra 790 e di frequenza. Questo intervallo coincide con il centro della regione spettrale della luce emessa dal Sole che riesce ad arrivare al suolo attraverso l'atmosfera. I limiti dello spettro visibile all'occhio umano non sono uguali per tutte le persone, ma variano soggettivamente e possono raggiungere i 720 nanometri, avvicinandosi agli infrarossi, e i 380 nanometri avvicinandosi agli ultravioletti. La presenza contemporanea di tutte le lunghezze d'onda visibili, in quantità proporzionali a quelle della luce solare, forma la "luce bianca".
La luce, come tutte le onde elettromagnetiche, interagisce con la materia. I fenomeni che più comunemente influenzano o impediscono la trasmissione della luce attraverso la materia sono: l'assorbimento, la diffusione ("scattering"), la riflessione speculare o diffusa, la rifrazione e la diffrazione. La riflessione diffusa da parte delle superfici, da sola o combinata con l'assorbimento, è il principale meccanismo attraverso il quale gli oggetti si rivelano ai nostri occhi, mentre la diffusione da parte dell'atmosfera è responsabile della luminosità del cielo.
Sebbene nell'elettromagnetismo classico la luce sia descritta come un'onda, l'avvento della meccanica quantistica agli inizi del XX secolo ha permesso di capire che questa possiede anche proprietà tipiche delle particelle e di spiegare fenomeni come l'effetto fotoelettrico. Nella fisica moderna la luce (e tutta la radiazione elettromagnetica) viene composta da quanti, unità fondamentali di campo elettromagnetico chiamate anche fotoni.
Formulata da Isaac Newton nel XVII secolo. La luce veniva vista come composta da piccole particelle di materia (corpuscoli) emesse in tutte le direzioni. Oltre che essere matematicamente molto più semplice della teoria ondulatoria, questa teoria spiegava molto facilmente alcune caratteristiche della propagazione della luce che erano ben note all'epoca di Newton.
Innanzitutto la meccanica galileiana prevede, correttamente, che le particelle (inclusi i corpuscoli di luce) si propaghino in linea retta ed il fatto che questi fossero previsti essere molto leggeri era coerente con una velocità della luce alta ma non infinita. Anche il fenomeno della riflessione poteva essere spiegato in maniera semplice tramite l'urto elastico della particella di luce sulla superficie riflettente.
La spiegazione della rifrazione era leggermente più complicata ma tutt'altro che impossibile: bastava infatti pensare che le particelle incidenti sul materiale rifrangente subissero, ad opera di questo, delle forze perpendicolari alla superficie che ne aumentassero la velocità, cambiandone la traiettoria e avvicinandola alla direzione normale alla superficie.
I colori dell'arcobaleno venivano spiegati tramite l'introduzione di un gran numero di corpuscoli di luce diversi (uno per ogni colore) ed il bianco era pensato come formato da tante di queste particelle. La separazione dei colori ad opera, ad esempio, di un prisma poneva qualche problema teorico in più perché le particelle di luce dovrebbero avere proprietà identiche nel vuoto ma diverse all'interno della materia.
Formulata da Christiaan Huygens nel 1678, ma pubblicata solo nel 1690 nel "Traité de la Lumière", la luce veniva vista come un'onda che si propaga in un mezzo, chiamato etere, in maniera del tutto simile alle onde del mare o a quelle acustiche. Si supponeva che l'etere pervadesse tutto l'universo e fosse formato da microscopiche particelle elastiche. La teoria ondulatoria della luce permetteva di spiegare numerosi fenomeni: oltre alla riflessione ed alla rifrazione, Huygens riuscì infatti a spiegare anche il fenomeno della birifrangenza nei cristalli di calcite.
Nel 1801 Thomas Young dimostrò come i fenomeni della diffrazione (osservata per la prima volta da Francesco Maria Grimaldi nel 1665) e dell'interferenza fossero interamente spiegabili dalla teoria ondulatoria e non lo fossero dalla teoria corpuscolare. Agli stessi risultati arrivò Augustin-Jean Fresnel nel 1815. Nel 1814 Joseph von Fraunhofer fu il primo ad investigare seriamente sulle righe di assorbimento nello spettro del Sole, che vennero esaurientemente spiegate da Kirchhoff e da Bunsen nel 1859, con l'invenzione dello spettroscopio. Le righe sono ancora oggi chiamate linee di Fraunhofer in suo onore.
Il fatto che le onde siano capaci di aggirare gli ostacoli mentre la luce si propaga in linea retta (questa proprietà era già stata notata da Euclide nel suo "Optica") può essere facilmente spiegato assumendo che la luce abbia una lunghezza d'onda microscopica.
Al contrario della teoria corpuscolare, quella ondulatoria prevede che la luce si propaghi più lentamente all'interno di un mezzo che nel vuoto.
Per la grandissima maggioranza delle applicazioni questa teoria è ancora utilizzata al giorno d'oggi.
Proposta da James Clerk Maxwell alla fine del XIX secolo, sostiene che le onde luminose sono elettromagnetiche. La luce visibile è solo una piccola parte dello spettro elettromagnetico. Con la formulazione delle equazioni di Maxwell vennero completamente unificati i fenomeni elettrici, magnetici ed ottici. Per Maxwell, tuttavia, era ancora necessario un mezzo di diffusione dell'onda elettromagnetica, ossia l'etere. Solo più tardi si negò l'etere e si scoprì che la luce può propagarsi anche nel vuoto.
Per risolvere alcuni problemi sulla trattazione della radiazione emessa da corpo nero, Max Planck ideò nel 1900 un artificio matematico: pensò che l'energia associata ad un'onda elettromagnetica non fosse proporzionale al quadrato della sua ampiezza (come nel caso delle onde elastiche in meccanica classica), bensì inversamente proporzionale alla sua lunghezza d'onda, e che la sua costante di proporzionalità fosse discreta e non continua. 
L'interpretazione successiva che Albert Einstein diede dell'effetto fotoelettrico, indirizzò verso una nuova strada. Si cominciò a pensare che quello di Planck non fosse un mero artificio matematico, ma l'interpretazione di una nuova struttura fisica; cioè che la natura della luce potesse avere un qualche rapporto con una forma discreta di alcune sue proprietà. Si cominciò a parlare di pacchetti discreti d'energia, oggi chiamati fotoni.
La luce si propaga a una velocità finita. Anche gli osservatori in movimento misurano sempre lo stesso valore di "c", la velocità della luce nel vuoto, dove "c" = 299 792 458 m/s che viene approssimato in "c" = 300 000 000 m/s, mentre viaggia nell'acqua a circa 225 407 863 m/s e nel vetro a 185 057 072 m/s.
La velocità della luce è stata misurata molte volte da numerosi fisici. Il primo tentativo di misura venne compiuto da Galileo Galilei con l'ausilio di lampade oscurabili ma la rudimentalità dei mezzi disponibili non permise di ottenere alcun valore. La migliore tra le prime misurazioni venne eseguita da Olaus Roemer (un fisico danese), nel 1675. Egli sviluppò un metodo di misurazione, osservando Giove e una delle sue lune con un telescopio. Grazie al fatto che la luna veniva eclissata da Giove a intervalli regolari, calcolò il periodo di rivoluzione della luna in 42,5 ore, quando la Terra era vicina a Giove. Il fatto che il periodo di rivoluzione si allungasse quando la distanza tra Giove e Terra aumentava, poteva essere spiegato assumendo che la luce impiegava più tempo a coprire la distanza Giove-Terra, ipotizzando quindi, una velocità finita per essa. La velocità della luce venne calcolata analizzando la distanza tra i due pianeti in tempi differenti. Roemer calcolò una velocità di 227 326 km/s.
Albert A. Michelson migliorò il lavoro di Roemer nel 1926. Usando uno specchio rotante, misurò il tempo impiegato dalla luce per percorrere il viaggio di andata e ritorno dal monte Wilson al monte Sant'Antonio in California. La misura precisa portò a una velocità di 299 702 km/s.
Questo esperimento in realtà misurò la velocità della luce nell'aria. Infatti, quando la luce passa attraverso una sostanza trasparente, come l'aria, l'acqua o il vetro, la sua velocità "c" si riduce a "v = c/n" (dove "n" è il valore dell'indice di rifrazione del mezzo) ed è sottoposta a rifrazione. In altre parole, "n" = 1 nel vuoto e "n" > 1 nella materia. L'indice di rifrazione dell'aria di fatto è molto vicino a 1, e in effetti la misura di Michelson è un'ottima approssimazione di "c."
L'ottica è lo studio della luce e dell'interazione tra la luce e materia. 
L'osservazione e lo studio dei fenomeni ottici offre molti indizi sulla natura stessa della luce; tra i primi si ricordano gli esperimenti di rifrazione della luce con prisma eseguiti da Newton tra il 1665 e il 1666.
Le conclusioni di Newton, secondo cui la luce era un fenomeno composto, furono contestate ai primi dell'Ottocento da Goethe, il quale nella sua "Teoria dei colori" osservò che non è la luce a scaturire dai colori, bensì il contrario: la luce è per Goethe un fenomeno «primario», di natura quasi spirituale, che interagendo con l'oscurità genera la varietà dei colori per effetto del suo maggiore o minore offuscamento.
Le differenti lunghezze d'onda vengono interpretate dal cervello come colori, che vanno dal rosso delle lunghezze d'onda maggiori (frequenze più basse) al violetto delle lunghezze d'onda minori (frequenze più alte).
Non a tutti i colori possiamo associare una lunghezza d'onda precisa. Non c'è, cioè, una relazione biunivoca tra i colori che noi percepiamo e le lunghezze d'onda. Quasi tutte le radiazioni luminose che il nostro occhio percepisce dall'ambiente circostante non sono del tutto "pure", ma sono in realtà una "sovrapposizione" di luci di diverse lunghezze d'onda. Se ad ogni lunghezza d'onda è associabile un colore, non è vero il contrario.
Quei colori a cui non sono associate lunghezze d'onda, sono invece generati dal meccanismo di funzionamento del nostro apparato visivo (cervello + occhio). In particolare i coni, cellule della retina responsabili della visione del colore, si differenziano in tre tipi perché sensibili a tre diverse regioni spettrali della luce, Coni M (sensibili alle lunghezze d'onda medie), coni S (sensibili alle lunghezze d'onda corte) e coni L (sensibili alle lunghezze d'onda lunghe). Quando al nostro occhio arriva luce composta da più onde monocromatiche, appartenenti a regioni diverse dello spettro, il nostro cervello interpreta i segnali provenienti dai tre tipi di sensori come un nuovo colore, "somma" di quelli originari. Il che è molto simile al procedimento inverso di quello che si fa con la riproduzione artificiale dei colori, per esempio con il metodo RGB.
Le frequenze immediatamente al di fuori dello spettro percettibile dall'occhio umano vengono chiamate "ultravioletto" (UV), per le alte frequenze, e "infrarosso" (IR) per le basse. Anche se noi non possiamo vedere l'infrarosso, esso viene percepito dai recettori della pelle come calore. Tutte le lunghezze d'onda dello spettro elettromagnetico, a partire dalla luce visibile - escludendo le parti minoritarie dei raggi x, delle onde radio e solo una porzione degli ultravioletti -, sono fonte di calore. Telecamere in grado di captare i raggi infrarossi e convertirli in luce visibile vengono chiamati visori notturni. Alcuni animali, come le api, riescono a vedere gli ultravioletti; altri invece riescono a vedere gli infrarossi. Gli ultravioletti di tipo b sono "i responsabili" delle scottature se l'esposizione solare è avvenuta in modo inadeguato.
La luce visibile è una porzione dello spettro elettromagnetico compresa approssimativamente tra i 400 e i 700 nanometri (nm) (nell'aria). Ogni singola radiazione elettromagnetica dello spettro è caratterizzata da una frequenza " f " e relativa lunghezza d'onda "λ", che obbediscono alla relazione:
dove v è la velocità della radiazione o fotone nel mezzo considerato.
Nel vuoto, essendo v = c (velocità della luce nel vuoto), la relazione diventa:
Di seguito sono riportate quantità o unità di misura legate a fenomeni luminosi:
La luce può essere prodotta a partire dalle seguenti sorgenti:
