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L'ottica è una parte della fisica che si occupa del comportamento della luce quando incontra la materia: assorbimento, emissione, riflessione, diffusione, rifrazione, diffrazione.

Alcuni esperimenti di ottica si possono realizzare con pochi strumenti ormai facilmente disponibili anche a casa materiali

- un blocco trasparente parallelepipedo per esperimenti di rifrazione.

- una grossa lente da ingrandimento di quelli usati in filatelia.

- un puntatore laser i quelli che si usano nelle conferenze.

- un bicchiere cilindrico e/o un vaso rettangolare trasparente.

- acqua, qualche goccia di latte o di sapone liquido opaco e un po' di aerosol.

Nota: questo articolo non è stato scritto per spiegare gli argomenti di ottica: per questo scopo ci sono molti articoli in rete, basta cercarli. In questo articolo si offrono spunti per fare esperimenti o per incuriosirsi quel tanto che serve a riflettere sulle esperienze quotidiane e per approfondire gli agomenti in proprio o a scuola.

Nota: in tutti i video si vedono anche altri raggi luminosi "sparati" un po' ovunque: sono gli effetti della diffusione, della rifrazione e della riflessione dovuti allo spessore dei contenitori ed alle impurezze presenti in materiali non otticametne perfetti.

La diffusione della luce

Quando la luce attraversa un mezzo trasparente, è sempre possibile che venga in parte assorbita e successivamente riemessa deviata per la presenza di particelle molto piccole.

La luce solare, tanto per fare un esempio, quando attraversa l'atmosfera, viene diffusa in tutte le direzioni solo che i vari colori che compongono la luce bianca solare non si diffondono allo stesso modo; per questo motivo il cielo ci appare azzurro link1.

In un liquido trasparente come l'acqua si può fare cadere qualche goccia di latte o di sapone per vedere la luce che attraversa il liquido.

Quello che si vede sono raggi di luce diffusi dalle particelle incontrate dal raggio che attraverse il liquido in cui sono sospese le particelle.

La luce diffusa dalle particelle sono raggi sparpagliati intorno.

Anche nell'aria ci sono particelle che possono rendere visibile un raggio di luce che l'attraversa; sono particelle di polvere o di aerosol come il fumo, la nebbia, gli spray ...

Con questa tecnica si può osservare il cammino di un raggio di luce.

Dal video si vede che una sorgente di luce come quella di una torcia elettrica non è adatta ad eseguire esperimenti sul comportamento della luce nei materiali in quanto produce un fascio luminoso molto divergente e dai confini molto sfumati che rende impossibile il rilevamento di tracce interessanti.

Il puntatore laser, invece, produce un raggio molto collimato e si presta bene per gli esperimenti di ottica che seguono.

L'apparato degli esperimenti è molto semplice in quanto l'unica preoccupazione, oltre a quella di avere un fascio luminoso piccolo e collimato, consiste nel produrre una sequenza di fasci paralleli da inviare all'oggetto sotto esperimento.

Per realizzare questo scopo ho pensato di montare il puntatore laser su un robot della LEGO in modo da avere un movimento traslatorio che permette di investire un oggetto con raggi laser tutti paralleli.

Non è necessario in quanto, con in po' di pazienza ed abilità, si può provvedere anche manualmente.

 

Parallelepipedo

Con un parallelelpipedo di materiale trasparente si possono vedere fenomeni di riflessione e rifrazione su superfici piane.

Sopra un veicolo motorizzato viene montato un puntatore laser.

Il veicolo viene fatto muovere con un comando sonoro avanti ed indietro in modo che il raggio prodotto dal puntatore investa il blocco con direzione costante ma in punti diversi così da poter osservare come si comporta al variare dell'inclinazione e della posizione delle varie facce.

Con orientamenti diversi del parallelepipedo si possono vedere i giochi di luce prodotti dalle riflessioni e dalle rifrazioni.

 

 

Lente biconvessa

Con la stessa apparecchiatura si investe ua lente biconvessa per osservarne il comportamento.

Nel video si vede che il punto rosso smette di spostarsi sullo schermo quando il raggio laser investe la lente.

L'esperimento rappresenta bene la funzione della lente di fare convergere la luce in un punto dello schermo, qualunque sia il punto di ingresso della luce nella lente purché i raggi siano paralleli (nota 1).

 

 

Diffrazione in doppia fendituradiffrazione


A margine degi esperimenti, il puntatore laser è stato utilizzato per illuminare uno schermo nero con interposto un cartone dove sono stati praticati due taglietti distanti circa 0,5 mm con una taglierina.

L'esito ha prodotto l'immagine a lato dove si vedono chiaramente le figure di interferenza prodotte dalla doppia fenditura (esperimento di Young, vedi link1 e link1 ).

 

 

 

 

Approfondimenti

L'interpretazione del comportamento della luce si può basare con argomentazioni di ottica geometrica; vedi link:

- fenomeni di riflessione e rifrazione, fisica unige link1

- fenomeni ottici, materiali didattici link1

Per i temerari che volessero andare a fondo con la meccanica quantistica propongo un lavoro con i cammini di Feynman link1

 

 

 

Note

Nota 1: Il punto luminoso sullo schermo non è propriamente fermo: si sposta leggermente mentre il laser percorre tutta la lente. Il motivo di questo piccolo spostamento è dovuto al fatto che lo schermo non è posto esattamente sul fuoco della lente. È stato fatto apposta per poter osservare quanto sia importante la messa a fuoco per assicurare la convergenza dei punti oggetto in alltrettanti picoli punti immagine.

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