Luce e colori
LUCE
C'è una crepa in ogni cosa. Ed è da lì che entra la luce.
Leonard Cohen
La luce è una forma della cosiddetta radiazione elettromagnetica (vedi TEMA ONDE) e si può considerare come un'onda in movimento (simile ad un'onda marina, con creste e avvallamenti) creata da particelle cariche in movimento (elettroni, per esempio). La distanza tra due creste vicine di un'onda di luce si chiama lunghezza d'onda.
La luce visibile copre un intervallo di diverse lunghezze d'onda, corrispondenti a differenti colori: rosso, arancio, giallo, verde, azzurro, indaco, viola. Il Sole, la stella a noi più vicina, generalmente non osservabile a occhio nudo per l'elevata intensità (vedi GUARDA IL SOLE, nel giardino di TORE), emette una luce che ci appare biancastra. Essa contiene in realtà tutti questi colori (vedi IL MONDO A COLORI, GIOCHI DI LUCE nel Giardino di Tore, DISCO DI NEWTON, FILTRI COLORATI, GIOCHI DI LUCE, nel Museo di Tore). Con un prisma o con un reticolo a diffrazione (vedi GIOCHI DI LUCE, nel Giardino e nel Museo di Tore) é possibile scindere la luce del sole e vedere tutti i colori dello spettro visibile. La luce a maggiore lunghezza d'onda del rosso (anche essa contenuta nel sole, ma emessa anche dal corpo umano) è nota come infrarosso (vedi CALDO E FREDDO, il giardino di TORE).
La luce a minore lunghezza d'onda del viola è l'ultravioletto. Nessuna delle due è visibile all'occhio umano. Tutti i corpi in grado di emettere onde elettromagnetiche sono una sorgente di luce. (vedi TUTTI I COLORI DELLA LUCE NEL Museo di Tore)
COLORI
La luce che colpisce un oggetto viene generalmente assorbita, riflessa (come in uno specchio -vedi CALEIDOSCOPIO, SENTI IL CALORE, nel Giardino di Tore), diffusa o trasmessa.
La parte riflessa o trasmessa viene catturata dai recettori cromatici all'interno dell'occhio umano. Questi ultimi trasformano la luce in impulsi che percorrono le vie nervose fino a raggiungere il cervello, dove vengono interpretati: nasce così un'impressione cromatica. Dal punto di vista prettamente biologico il colore si genera pertanto nell'occhio dell'osservatore e costituisce un'impressione sensoriale.
È importante sottolineare che all'interno dell'occhio esiste un punto dove convergono questi fasci nervosi collegati ai ricettori cromatici (i fotorecettori) che portano il segnale al cervello. In questo punto non ci sono ricettori, dunque qui non arriva luce! Per questo motivo tale punto é chiamato punto cieco (vedi PUNTO CIECO, Giardino di Tore).
Inoltre, a proposito di impressione sensoriale: ciascun individuo "percepisce" il colore in modo differente. Tale fenomeno non è riconducibile solamente al fatto che non esistono mai due occhi uguali tra loro. Perfino la stessa persona può percepire differentemente il colore in momenti diversi ed in base allo stato d'animo. Il colore stesso può pertanto generare sensazioni differenti.
Exhibit del Museo di Tore l'Inventore
Exhibit del Giardino di Tore l'Inventore
Referenze e approfondimenti
- http://lucecolore.altervista.org/index.html
- http://osservareilcielo.altervista.org/luce.html
- http://www.urai.it/FTP/app/COLORIMETRIA/CORSO/colore.pdf
- http://artescuola.altervista.org/colore1.htm
Disco di Newton
Descrizione
Osserva i colori del disco di Newton quando l'exhibit è fermo: rosso, arancione, giallo, verde, azzurro, indaco e viola. Attivando la rotazione a diverse velocità, nota che il disco appare di colore bianco.
Finalità educative
L'apparente colore bianco del disco in rotazione dipende dal fatto che l'occhio umano sintetizza rapide immagini successive componendo i singoli colori.
ApprofondimentiIl disco di Newton è un disco composto da sette settori colorati secondo i colori dell'arcobaleno (rosso, arancione, giallo, verde, azzurro, indaco, viola) e prende il nome dal suo inventore: Isaac Newton. Questo è uno degli esperimenti tramite i quali Newton riuscì a spiegare come la luce sia bianca in quanto combinazione dei sette colori dell'arcobaleno.
Facendo ruotare velocemente il disco non si vedono più gli spicchi colorati ma un unico colore tra il bianco e il grigio. Rallentando la rotazione è possibile distinguere di nuovo i colori dei diversi spicchi.
Con la rotazione veloce, ogni colore rimane impresso nella retina dei nostri occhi per una brevissima frazione di secondo e si fonde con quello successivo. In questo modo, i tre tipi di recettori luminosi presenti nella nostra retina (coni del rosso, verde e blu) vengono stimolati contemporaneamente. La stimolazione contemporanea dei tre recettori produce la visione del colore bianco.
Il fatto che sia difficile percepire il disco perfettamente bianco dipende da come esso è stato colorato e dalla velocità di rotazione.
Credits
- https://it.wikipedia.org/wiki/Disco_di_Newton
- http://lucecolore.altervista.org/primaria/disco%20newton.pdf
Per ulteriori approfondimenti consigliamo:
Per realizzare il vostro disco di Newton consigliamo:
Filtri colorati
Descrizione
Osserva la luce del Sole che passa attraverso i vetri colorati e nota come la luce bianca solare assuma la colorazione del vetro. Infatti questo funge da filtro: lascia passare la luce del colore del filtro, mentre assorbe tutti gli altri colori.
Approfondimenti
Un filtro ottico è uno strumento che trasmette, ovvero lascia passare selettivamente la luce con particolari proprietà come una o più lunghezza d'onda, una gamma di colore, una polarizzazione, o ne attenua l'intensità.
Tra i filtri ottici sono qui presenti dei filtri colorati. Questi sono oggetti semitrasparenti che contengono dei pigmenti colorati i quali sono in grado di assorbire gran parte della luce e di trasmettere solo quella di un determinato colore. In particolare ciascun filtro sottrae alla luce bianca quella particolare regione di lunghezza d'onda che è in grado di assorbire.
I filtri ad assorbimento presenti in queste vetrate, attraversate dalla luce solare assorbono alcune lunghezze d'onda della luce lasciandone passare altre. Se i filtri sono monocromatici consentono il passaggio di una sola lunghezza d'onda, e quindi di un solo colore.
Se la giornata è particolarmente soleggiata si può provare a fare un semplice esperimento con la luce colorata: infatti ogni vetrata colorata potrà fungere da sorgente di luce del proprio colore. Si potrà per esempio provare a vedere di che colore (o colori!?) sono le nostre ombre!
Credits
- https://it.wikipedia.org/wiki/Filtro_(ottica)
http://crf.uniroma2.it/wp-content/uploads/2010/04/Labsottrattiva.pdf - http://www.albertofornasiero.it/Filtri/filtri-01-teoria.html
Per ulteriori approfondimenti consigliamo:
- http://www.fisica.unige.it/~tuccio/SSIS/2007_Lai-magia-colore.pdf
- http://www.phys.uniroma1.it/fisica/sites/default/files/file_PLS/PLS-Lezione1_LAST.pdf
- http://lucecolore.altervista.org/primaria/ombrecolorate.pdf
- http://didascienze.formazione.unimib.it/senisquipo/luce/htm/lucomb/lucombc/lucombc-2-3.htm
Giochi di luce
Cosa fare
Quando la luce del sole attraversa il filtro sulla finestra vengono proiettati a terra diversi colori.
Finalità educative
Sul filtro sono praticate moltissime fessure verticali e parallele. Ogni colore si comporta in maniera leggermente diversa quando attraversa la fessura: alcuni colori vengono deviati (sia a destra che a sinistra) un pó di piú di altri e cosí vengono proiettati a terra in posizione diverse, regalandoci questi magnifici arcobaleni.
Approfondimenti
La luce proveniente dal Sole è bianca. Se la facciamo passare attraverso un prisma la scomponiamo ed possibile osservare le componenti della luce e quindi il suo spettro. Per disperdere la luce possono essere usati anche i reticoli di diffrazione: si tratta di materiali con incisa una trama di linee parallele, uguali ed equidistanti, a distanze confrontabili con la lunghezza d'onda della luce. I reticoli di diffrazione sono importanti perché permettono di studiare le proprietà della luce analizzandola e scomponendola. Infatti se osserviamo un fascio di luce che attraversa un reticolo, essa viene separata nelle varie lunghezze d'onda che la compongono (deviate con angoli diversi). La luce appare quindi scomposta in più fasci: uno centrale di luce trasmessa direttamente attraverso il reticolo e più fasci laterali deviati e scomposti con i colori con lunghezze d'onda crescenti (dal viola al rosso). L'effetto che ne deriva è simile a quello ottenuto mediante un prisma.
I reticoli sono utilizzati in alcuni tipi di spettroscopi, strumenti in grado di scomporre ed analizzare la radiazione elettromagnetica proveniente da una sorgente.
I comuni CD sono esempi quotidiani di reticoli di diffrazione: si può notare la loro capacità di scomporre la luce incidente osservandone la superficie. Questo accade perché la superficie di un CD è ricoperta da molte piccole scanalature concentriche nella plastica ricoperte da un sottile strato di metallo che le rende più visibili. I reticoli di diffrazione sono presenti anche in natura. Per esempio, i colori iridescenti delle piume del pavone, della madreperla, le ali delle farfalle e di altri insetti sono originati da strutture molto regolari che diffrangono la luce.
Cosa accade quando invece di osservare la luce solare attraverso un reticolo osserviamo la luce di una lampada? Ti consigliamo di andare a vedere l'exhibit "Tutti i colori della luce" all'interno del Museo di Tore per scoprirlo!
Credits
- http://www.iapht.unito.it/qm/esperimenti/reticoli2.jpg
- https://it.wikipedia.org/wiki/Reticolo_di_diffrazione
Per ulteriori approfondimenti consigliamo:
Tutti i colori della luce
Descrizione
Premendo ogni pulsante si accende una lampada contenete un gas differente. Un reticolo di diffrazione posto sul vetro scompone la luce e ne produce lo spettro. Si osserva che a lampade diverse corrispondono spettri con righe di differente colore, larghezza e intensità.
Finalità educative
Ogni elemento chimico ha uno spettro ben preciso che riesce a identificarlo univocamente. Osservando quindi lo spettro di una sorgente luminosa è possibile risalire al tipo di elemento che la caratterizza.
Approfondimenti
In questo exhibit sono presenti lampade con diverse caratteristiche: ai vapori di idrogeno, elio, azoto e neon.
Osservando la luce proveniente da queste lampade attraverso un reticolo di diffrazione (posto tra le lampade e l'osservatore) è possibile scomporre la luce ed osservarne lo spettro. A differenza dello spettro ottenuto dalla luce solare (se non lo hai visto basta osservare l'exhibit "Giochi di luce" al Museo di Tore) che è continuo e contiene tutti i colori scomposti dal rosso al violetto, lo spettro della luce di queste lampade è uno spettro di emissione a righe e gli spettri di gas diversi hanno caratteristiche e colori molto diversi e permettono di identificare il gas. Lo spettro di emissione a righe si ottiene quando un gas viene riscaldato e i suoi atomi emettono a lunghezze d'onda ben precise, tipiche dell'elemento o degli elementi di cui è composto il gas (ce ne sono alcuni esempi nel poster sopra l'exhibit). Ogni elemento chimico ha uno spettro ben preciso che riesce ad identificarlo univocamente, quindi osservando lo spettro di una sorgente luminosa è possibile risalire al tipo di elemento che la caratterizza.
Questa proprietà dei gas viene sfruttata per studiare le stelle mediante l'analisi dello spettro della luce emessa (spettroscopia). Si riesce così ad individuare molte caratteristiche della stelle: la loro composizione chimica e le caratteristiche come temperatura e pressione. Infatti i gas presenti nelle atmosfere stellari producono nello spettro delle stelle le righe nere, in assorbimento, nelle stesse posizioni in cui vediamo le righe colorate, in emissione, quando analizziamo gli spettri di gas caldi. Ciò permette di comprendere quali gas sono presenti nelle stelle solo analizzando la luce proveniente da esse.
E' possibile analizzare lo spettro della luce solare e di quella proveniente da sorgenti artificiali anche con semplici ed artigianali spettroscopi. Già con questi strumenti è evidente la differenza tra gli spettri delle differenti sorgenti.
Credits
- https://it.wikipedia.org/wiki/Reticolo_di_diffrazione
- https://it.wikipedia.org/wiki/Spettro_visibile
- http://www.danielegasparri.com/Italiano/articoli/astrofisica/spettroscopia.pdf
Per ulteriori approfondimenti consigliamo:
- http://www.lilu2.ch/lilu2dir/materie/scienze_sperimentali/fisica/luce_visione/pdf/38_le_sorgenti_di_luce.pdf
- https://it.wikipedia.org/wiki/Spettroscopia
Per realizzare il vostro spettroscopio consigliamo:
Caleidoscopio
Cosa fare?
- Entrate nel...piccolo labirinto di specchi.
- Quanti...voi stessi vedete?
Cosa succede?
La particolare disposizione dei sei grandi specchi crea una serie multipla di immagini di se stessi (o di altre persone o oggetti che si riflettono). Essi inducono una suggestiva visione del mondo intorno a noi! Il numero delle riflessioni delle...riflessioni (che é ció che porta alle varie immagini delle forme e dei corpi) dipende dall'angolo tra gli specchi. Si puó determinare l' angolo tra due specchi facilmente: provate a mettere un oggetto vicino allo spigolo dove si incontrano due specchi (provate con questo exhibit o a casa o a scuola con due specchi piú piccoli): contate il numero di oggetti che vedete (contate anche l'oggetto stesso!). Poi dividete 360° per questo numero e otterrete l'angolo tra gli specchi!
- Ideazione: Richter Spielzeug
- Realizzazione: Parco Giochi delle Scienze
- Immagini: Parco Giochi delle Scienze
Approfondimenti
L'effetto del caleidoscopio si basa sul fatto che ci sono piú specchi sistemati in modo da avere riflessioni multiple. Il numero di riflessioni dipende dall'angolo con cui gli specchi vengono sistemati. Si puó facilmente determinare l'angolo tra due specchi: provate a mettere un oggetto vicino allo spigolo dove si incontrano due specchi (provate con questo exhibit o a casa o a scuola con due specchi piú piccoli), contate il numero di oggetti che vedete (contate anche l'oggetto stesso!). Poi dividete 360 per questo numero e otterrete l'angolo tra gli specchi!
Giochi di luce
Cosa fare:
- Osserva i diversi colori che si formano a terra.
Cosa succede?
Quando la luce del sole attraversa il filtro sulla finestra vengono proiettati a terra diversi colori.
Sul filtro sono praticate moltissime fessure verticali e parallele. Ogni colore si comporta in maniera leggermente diversa quando attraversa la fessura: alcuni colori vengono deviati (sia a destra che a sinistra) un pó di piú di altri e cosí vengono proiettati a terra in posizione diverse, regalandoci questi magnifici arcobaleni.
Approfondimenti
Il filtro si chiama reticolo di diffrazione ed é costituito da un foglio sottile di plastica trasparente su cui sono state praticate delle sottili fessure verticali, parallele tra loro: sono ben 1000 per millimetro, dunque invisibili a occhio nudo!
Esse sono però abbastanza grandi perché la luce possa attraversarle. La luce é costituita da diversi colori, ognuno dei quali, per cosí dire, viene deviato in modo diverso dalle fessure, per cui ogni colore segue un percorso diverso dopo averla attraversata. Per questo vediamo a terra una specie di arcobaleno: ogni colore percorre un cammino diverso e incontra dunque il suono in punti diversi.
Guarda il sole
Cosa fare:
- Osserva il sole a occhio nudo attraverso il filtro argentato sotto la pensilina.
- Cosa vedi?
Cosa succede?
Generalmente non si puó osservare il sole a occhio nudo: la sua luce è troppo intensa e danneggerebbe irrimediabilmente i nostri occhi. A volte peró é possibile farlo, per esempio al tramonto o quando in cielo ci sono delle nubi davanti al sole.
Questi particolari filtri installati su una parte della pensilina riducono l'intensitá della luce solare, assorbendone una parte. In questo modo è possibile guardare direttamente il sole e ammirare addirittura le sue... macchie, quando queste sono abbastanza grandi!
Approfondimenti
La pellicola filtrante AstroSolar è uno speciale composto denominato Turbofilm, molto sottile ma molto resistente. La pellicola è trattata su ambo le facce per consentire l'osservazione del Sole in luce bianca in piena sicurezza. Sotto il filtro, l'intensità della luce solare viene ridotta del 99.999% e questo ad occhio nudo ci permette di percepire la fotosfera Solare (la superficie gassosa del Sole), e di osservare il disco a grandezza naturale, corrispondente alle dimensioni della Luna piena. Sarà possibile, nei periodi in cui sono presenti sulla superficie, osservare le macchie solari di dimensioni paragonabili ad oltre 5/6 diametri terrestri. Oltre alle macchie solari sarà possibile osservare l'oscuramento al bordo e la maggiore luce del disco nella zona centrale, che conferma la composizione gassosa della nostra stella. Se dovessero esserci eclissi di Sole, sotto il filtro sarà possibile osservare il disco Lunare che si frappone a quello del Sole.
Non osservare mai il Sole ad occhio nudo senza la copertura del filtro durante le ore del giorno.
Una macchia solare è una regione della superficie del Sole che si distingue dall'ambiente circostante per una temperatura minore. Anche se in realtà le macchie solari sono estremamente luminose, perché hanno una temperatura di circa 4000 kelvin, il contrasto per emissività termica rispetto alle regioni circostanti, ancora più luminose grazie ad una temperatura di 6000 kelvin, le rende chiaramente visibili come macchie scure.
(Wikipedia)
- Ideazione: Swiss Science Center Technorama
- Realizzazione: Parco Giochi Delle Scienze
- Immagini: Parco Giochi Delle Scienze
Il mondo a colori
Cosa fare:
- Guarda il pavimento sotto la pensilina dove ci sono i filtri colorati.
- Cosa vedi?
- Ci sono altre zone dove i colori si mescolano?
Finalità educative
Il sole emette luce composta da diversi colori. Quando la luce incontra un oggetto puó riflettersi, attraversarlo o essere assorbita. Ci sono peró alcuni oggetti che assorbono solo alcuni colori, ne lasciano passare altri e ne riflettono altri ancora.
Una parte della pensilina è ricoperta con particolari filtri che lasciano passano solo determinati colori, assorbendone altri. Questo dipende dalle proprietá dei pigmenti con cui i filtri sono costruiti.
Approfondimenti
In fotografia esistono numerosi filtri che possono lasciare passare o assorbire alcune componenti della luce che addirittura non vediamo a occhio nudo, ma che servono a rendere una fotografia piú viva, o piú "calda o fredda" (per esempio filtri infrarossi o ultravioletti).
- Ideazione: Swiss Science Center Technorama
- Realizzazione: Parco Giochi delle Scienze
- Immagini: Parco Giochi delle Scienze
Punto cieco
Sei sicuro di vedere tutto? Ma proprio tutto?
Cosa fare:
- Guardate dapprima i tre disegni sulla parete di fronte a voi con i due occhi aperti. Chiudete l'occhio sinistro e guardate con l'occhio destro l'immagine all'estrema sinistra. Muovetevi lentamente verso la parete: vi accorgete che l'immagine al centro e quella a destra ad un certo punto scompaiono. Riappaiono di nuovo se vi muovete (allontanandovi o avvicinandovi)?
- Provate altre combinazioni (occhio destro chiuso, fissare l'immagine a destra, oppure al centro...).
Cosa succede?
I due cilindri di metallo sono come le estremitá di un circuito elettrico: se questi non sono collegati, la corrente elettrica non passa e non si sente nulla. Appena toccate i due cilindri contemporaneamente chiudete il circuito e potete ascoltare la musica. La corrente elettrica infatti si propaga attraverso il vostro corpo, perché questo é un buon conduttore di elettricitá.
La stessa cosa avviene quando siete in piú persone: semplicemente la corrente elettrica passa attraverso tutti voi. Appena vi "disconnettete" (per esempio lasciando la mano di un/a compagno/a) la corrente elettrica non passa piú e non si sente piú la musica.
Approfondimenti
Il punto cieco è una zona dell'occhio che non vede assolutamente nulla, ed è dovuto alla presenza di un vero e proprio buco presente sulla retina che, in tale regione, non contiene recettori visivi. Detto in altri termini, tutti noi siamo ciechi in una determinata regione dell'occhio.
La retina è la membrana presso la quale in un occhio le immagini vengono messe a fuoco. Tali immagini verranno poi indirizzate al cervello, che le elaborerà e ci darà tutte le informazioni inerenti alle immagini stesse.
Il percorso che le immagini effettuano dalla retina al cervello corre lungo il nervo ottico, che a sua volta si forma dalla confluenza di tanti fasci nervosi che originano da varie zone della retina. Dato che il nervo ottico decorre davanti alla retina, e non dietro, la retina viene interrotta in un punto preciso (macula cieca, il buco menzionato all'inizio) per essere attraversata dal nervo ottico.
Il punto cieco si trova in entrambi gli occhi: sull'estremità sinistra nell'occhio sinistro e sull'estremità destra nell'occhio destro. A rigor di logica verrebbe da pensare che dovremmo avere due buchi neri nel campo visivo, ed effettivamente sarebbe così se non fosse per due semplici motivazioni:
- l' altro occhio è in grado di fornire al cervello le informazioni mancanti dovute al punto cieco;
- se l'altro occhio viene comunque coperto, la visione viene in ogni caso riempita dall'elaborazione effettuata dal cervello, il quale cerca di capire cosa ci può essere in corrispondenza del punto cieco, semplicemente prendendo in considerazione tutte le informazioni dall'ambiente immediatamente circostante.
In questo caso la percezione potrebbe essere sbagliata!
Referenza:
Ideazione: Swiss Science Center Technorama
Realizzazione: Parco Giochi Delle Scienze
Immagini: Parco Giochi Delle Scienze
Il presente progetto è cofinanziato con il sostegno della Fondazione CON IL SUD.