Liceo Ricci Curbastro -Lugo

Foto e descrizioni relative agli esperimenti proposti per lo studio dell’ottica nelle scuole elementari sviluppati coi proff. Francesco Dalla Valle e Francesco Giacomoni per il corso "Il sole in una stanza"

Il corso è stato organizzato dall'Istituto Comprensivo Lugo1 (Baracca) in collaborazione con il Liceo "G. Ricci Curbastro" di Lugo (RA) e col contributo dell'ASCOM di Lugo.

Gli strumenti utilizzati per il corso sono facilmente autocostruibili a poco prezzo.

Cliccare sempre sulle immagini per ingrandirle.

Per fare le esperienze di ottica serve un faretto che possiamo costruirci con una torcetta a led ad alta luminosità. Al

mercato nelle bancarelle si trovano per 3 € delle torcette a 5 led che ho usato mettendovi davanti una fenditura in cartone nero larga 3~4 mm che produce un primo fascio utilizzando solo tre led allineati, poi si aggiunge un tubo di materiale isolante da termo che si stringe attorno alla torcia da una parte e dall’altra vi si fissa con la colla un cartoncino con una stretta fessura (1~2 mm) che se allineata con l’altra e con i tre led produce un bel fascio stretto di luce. Naturalmente ci vuole comunque un certo buio in classe perchè tutti lo possano vedere.

 

 

 

 

 

 

 

 

Se appoggiamo al tavolo uno specchio girato in alto e sullo specchio stesso un foglio di cartone ad esso perpendicolare mettendo da una parte la torcia possiamo vedere tutto il percorso dei raggi di luce che vengono riflessi dallo specchio, e segnandoli con una matita è possibile anche trovare la legge della riflessione. Nella foto ho utilizzato la vaschetta per la rifrazione descritta più avanti per sostenere la torcia con inclinazioni diverse, e ho messo un supporto di polistirolo per portare lo specchio all’altezza del perno del sistema.

 

 

 

 

 

 

 

 

Un altro esperimento, ancora più semplice, che serve a mettere in evidenza che la luce non va sempre in linea retta, si esegue mettendo una moneta nel fondo di una tazzina e ponendo la tazzina dietro un cartoncino ripiegato e con un foro da cui la si osserva, dopo che è stata posta ad una distanza tale da non vedere la moneta. Poi si aggiunge acqua finché la moneta diventa visibile dal foro dove prima non appariva.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Un secondo sistema per mettere in evidenza l’effetto della rifrazione dovuto al passaggio della luce da un mezzo ad un altro è stato costruito partendo da una vaschetta da acquario in cui è stato inserito un foglio di plexiglas da 4~5 mm di spessore tenuto con due guide di alluminio fissate con della colla a caldo alle pareti interne della vaschetta stessa.

 

Sono stati creati due portatubi di plexiglas usando due strisce della larghezza dei tubi da elettricista (circa 1,5 cm x 3 mm di spessore) e sono stati forati, uno ad un’estremità (foro da 4 mm) e l’altro a circa 15 cm. I due tubi sono lunghi diversamente perchè uno deve portare il tubo di sotto e deve essere manovrabile dall’alto. A 15 cm dal fondo del foglio di plexiglas è stato fatto un foro di 4 mm di diametro in cui si fa passare la vite che tiene le due strisce portatubi appoggiate al foglio di plexiglass.

 

Per poter misurare l’angolo ho fotocopiato su un foglio di acetato da lavagna luminosa (usare solo fogli per fotocopie altrimenti si sciolgono e rovinano la fotocopiatrice) un grande goniometro (o uno normale ingrandito) e l’ho fissato anch’esso alla vite per centrarlo meglio.

 

Una volta fissati i portatubi si passa ad incollare con la colla a caldo i due tubi sopra le strisce portatubo. Per fare questo occorre mettere sotto il portatubo lungo e sopra l’altro, poi fissare il tubo che rimane fuori dall’acqua sulla striscia superiore con due punti di colla a caldo, controllare bene che sia centrato rispetto alla vite e se tutto va bene aggiungere altra colla poi passare al tubo più corto che sta in acqua e tenendo le due strisce allineate fissare in due punti il tubo tenendolo leggermente rialzato (dello spessore di una striscia, o mettendone un pezzetto sotto) e allineato bene con l’altro, poi fissare meglio il tubo sui due lati.

Il tubo che sta in acqua dovrebbe avere una sporgenza da verniciare con un colore ben visibile e ripiegata verso l’interno in modo da vederla dall’interno dei d ue tubi.

 

Infine dopo aver osservato i due tubi inclinati di circa 70° rispetto alla verticale quando non c’è l’acqua, e aver visto l’estremità rossa attraverso i due tubi, si aggiunge acqua fino a metà della vite (se l’acqua col suo menisco crea dei problemi di visione si può aggiungere qualche goccia di detersivo da piatti) dopo di che osservando attraverso il tubo non compare più il fondo.

 

 

Il fenomeno della rifrazione della luce nel passare da un mezzo ad un altro ho cercato di metterlo in evidenza con questo ulteriore esperimento, che coi bambini si può ripetere usando il faretto costruito all’inizio al posto del laser che è pericoloso per gli occhi.

Per fare questo esperimento ho preso una grande vaschetta di vetro (circa 30x30x25 di profondità) in c ui ho messo fino a metà dell’acqua con un po’ di fluorescina (quella degli evidenziatori gialli, ma qualche goccia di latte fa lo stesso) e dopo aver coperto la vaschetta con un coperchio di plexiglas ho messo dentro per un po’ di tempo una bacchetta d’incenso accesa che creasse il fumo nell’aria soprastante l’acqua.

In questo modo ho reso visibile il percorso dei raggi luminosi sia nell’aria che nell’acqua, ed ecco il risultato quando il raggio arriva perpendicolarmente alla superficie dell’acqua (a sinistra) e poi quando il raggio ha una certa inclinazione (a destra).

Si notano anche molte riflessioni sulla superficie dell’acqua e sul vetro.




Utilizzando invece un laser che produce un reticolo di punti luminosi si vede che i raggi che arrivano nell’acqua con inclinazione maggiore subiscono una maggiore deviazione, mentre i raggi che fuoriescono dalla vaschetta finiscono sul tavolo in zone diverse rispetto a quelli deviati dall’acqua.

La deviazione della luce prodotta dalla rifrazione si ha anche quando la luce passa da zone di aria calda a zone di aria più fredda e vice versa. Se in inverno osserviamo un raggio di sole che passa da una finestra posta sopra un termosifone vediamo che la luce che arriva sul pavimento non è ferma, ma vibra, si vedono ombre che si spostano, ciò si spiega se pensiamo che l’aria calda che sale dal termosifone, mescolandosi con l’aria circostante meno calda devia leggermente i percorsi dei raggi producendo quelle figure in movimento continuo .

 

 

 

 

 

 

 

Un caso estremo di deviazione della luce da parte dell’aria si ha d’estate quando osserviamo l’asfalto surriscaldato dal sole, sopratutto nel primo pomeriggio, e vediamo delle chiazze luminose sull’asfalto che oscillano, sembra acqua in realtà stiamo osservando il cielo, e, in qualche caso particolarmente favorevole, possiamo anche vedere riflesso sull’asfalto un albero o una casa che si trova in fondo alla strada. L’effetto si chiama miraggio e si spiega pensando che anche l’aria devia la luce quando uno strato molto caldo si trova sotto ad uno strato d'aria meno calda, nel caso del miraggio l’asfalto surriscaldato scalda maggiormente l'aria in basso che riduce il suo indice di rifrazione rispetto a quella soprastante meno calda.
Ecco quindi un modello di questo fenomeno ottenuto sovrapponendo alcool all’acqua e mettendovi in sospensione un po’ di colorante (fluorescina) o qualche goccia di latte.
L'esperimento funziona perché l'indice di rifrazione dell'acqua  è più basso di quello  dell'alcol, e questo rende la situazione analoga a quella dell'aria calda vicino all'asfalto surriscaldato che ha indice di rifrazione leggermente più basso di quello dell'aria meno calda che sta sopra.


Per preparare la soluzione si prende una vaschetta con un poco di acqua, poi per aggiungere l’alcool senza mescolarlo basta appoggiare sull’acqua un foglietto di plastica con le microbolle (da imballaggio) che galleggia e con l’aiuto di un cucchiaino

si versa l’alcool sul cucchiaino e da questo lo si fa cadere sul foglietto, dopo un po’ si può togliere il cucchiaino e finire di versare l’alcool che deve già contenere una piccola quantità di sospensione (fluorescina o latte). Finito di versare l’alcool si vede che la separazione fra i due strati è molto netta, mentre per simulare meglio la realtà occorre che ci sia una zona intermedia in cui l’alcool si è mescolato con l’acqua, perchè l’aria passa da una temperatura elevata, in basso, ad una temperatura più bassa, in alto, gradatamente. Quindi, con un bacchetto, si rimescola molto lentamente la zona tra acqua e alcool e lo si lascia riposare per qualche tempo (funziona anche dopo alcuni giorni).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Quello che si vede è rappresentato dalla foto che mostra come la luce, che proviene dall’alto, viene incurvata fino a ritornare di nuovo verso l’alto.

Il laser utilizzato è verde solo per necessità fotografica, ma quello rosso è ugualmente visibile.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sito del Liceo "G. Ricci Curbastro" di Lugo: http://www.racine.ra.it/curba/

 

Enzo Cortesi - mail