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ESPERIMENTO
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PROBLEMA 1
Con le prove precedenti,
interponendo corpi che abbiamo definito opachi per il loro comportamento nei
confronti della luce, ci siamo posti molte domande: come mai certe volte si vede solo ombra chiara (come la
chiama qualche studente “falsa ombra”), e altre prevale l’ombra scura? Da
cosa dipende?
Ipotesi di SOLUZIONE
Già abbiamo notato che se spostiamo l’oggetto verso la sorgente
l’ombra diventa progressivamente più
grande e compare la penombra, mentre quando l’oggetto è vicino allo schermo
l’ombra possiede dimensioni molto vicine a quelle dell’oggetto e i contorni
sono percepiti come nitidi.
Secondo
alcuni studenti dipende da:
o dimensioni dell'oggetto
o distanza oggetto-sorgente-schermo
Materiale
Faretto, oggetti vari,
schermo.
Procedimento
Così effettuiamo delle
prove con la stessa sorgente e con una distanza di circa 3 m fra sorgente e
schermo.
Variamo solo il tipo di
oggetto, di conseguenza le dimensioni.
1.
Utilizziamo
una sorgente piccola (un faretto con le due aperture quadrate oscurate) in
modo che la luce esca da un piccolo foro laterale.
2.
Mettiamo
dinanzi al faretto vari oggetti, alla stessa distanza.
3.
Spostiamo
ciascun oggetto da posizioni vicine allo schermo a posizioni progressivamente
più vicine alla sorgente.
4.
Variamo poi
la distanza sorgente-schermo e ripetiamo le prove descritte in 1, 2 e 3.
Osservazioni
Si osserva un po’ di
penombra con oggetti piccoli (tipo graffetta). In generale prevale l’ombra e
se proviamo ad avvicinare gli oggetti al faretto l’ombra aumenta le sue
dimensioni, ma aumenta anche la quantità di penombra.
Quando gli oggetti sono vicini allo
schermo l’ombra è nitida, quando sono molto vicini alla sorgente l’ombra ha i
contorni sfumati.
Variando la distanza
sorgente-schermo il fenomeno tende ad avere lo stesso andamento e come
sosteneva lo studente sembra
dipendere dalla relazione numerica fra la distanza oggetto-sorgente e
distanza oggetto-schermo.
PROBLEMA 2
Cosa succede se variamo la sorgente?
IPOTESI DI LAVORO
Proviamo a ripetere l'esperimento precedente utilizzando varie sorgenti,
più o meno "grandi"; le definiamo sorgenti grandi, medie e piccole.
PROCEDIMENTO
In questo caso, con ogni tipo di
sorgente, si ripetono le operazioni descritte nei punti 1, 2,3 e 4 del
problema 1, esperimento 6.
Le sorgenti sono: una sorgente
piccola costituita dal faretto con le aperture grandi quadrate oscurate che
emette luce da un piccolo foro laterale, una sorgente media rappresentata da
una lampadina di discrete dimensioni e una sorgente più estesa, da noi chiamata
grande, ottenuta con una grossa scatola che contiene tre faretti e che è
schermata da una carta che sembra un vetro di un lampadario.
Proviamo anche ad eseguire misure,
quando variamo la distanza fra la sorgente e lo schermo, cercando di
individuare il punto in cui compare, secondo noi, la penombra; queste
risentono di una quantità di errori notevoli perché spesso c’è differenza fra
la percezione della penombra di un soggetto che misura e di un altro, perciò
non riportiamo qui i nostri dati perché li abbiamo eseguiti nell’ambito di
una ricerca della classe e non sempre ci sembrano attendibili.
OSSERVAZIONI
Variando la
sorgente
Passando da sorgente
grande a sorgente piccola con lo stesso oggetto e movendo l’oggetto dallo schermo verso la sorgente si osserva
penombra subito con la sorgente grande, più vicino alla sorgente con la
media, non si osserva praticamente penombra quando è molto piccola,
praticamente puntiforme. Il fenomeno ha lo stesso andamento con gli oggetti di
dimensioni modeste.
Variando
l'oggetto con la stessa sorgente
L’oggetto piccolo produce
sempre penombra, l’oggetto grande la produce ad una apprezzabile distanza
dallo schermo.
Variando la
distanza schermo-sorgente in tutti i casi visti
Si confermano le
osservazioni del problema 1.
CONCLUSIONI
Le considerazioni che ci
hanno portato a queste conclusioni sono di alcuni studenti:
·
bisogna
che ci siano raggi che vanno a schiarire l’ombra scura;
·
alcuni
raggi sfiorano l’oggetto, non lo “incontrano“ e proseguono;
·
i
raggi che colpiscono l’oggetto, non proseguono e definiscono l’ombra
proiettata sullo schermo.
Poiché le osservazioni e le
considerazioni ci sono apparse complesse abbiamo tentato con
illustrazioni grafiche di interpretare i fenomeni osservati.
Si vedano i disegni (visualizzabili
"cliccando" sull'ultima riga della tabella sottostante) da noi
eseguiti per interpretare col modello di raggio, ombra e penombra in relazione alle sorgenti,
agli oggetti e alle distanze.
I casi studiati, per riassumere
le osservazioni sono rappresentati, nella seguente tabella.
Nelle figure sono rappresentati:
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in giallo
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sorgente e raggi che non colpiscono gli oggetti
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in verde
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oggetto
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in nero
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ombra e raggi che colpiscono gli oggetti
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in azzurro
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penombra
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Possiamo affermare che: se mettiamo dinanzi ad una sorgente un ostacolo opaco, questo
crea situazioni di ombra portata su uno schermo, netta secondo i nostri occhi
se la sorgente è puntiforme; se la sorgente è estesa si osservano situazioni
di penombra, che possono prevalere sull'ombra o addirittura sostituirla se lo
schermo è opportunamente lontano dall'oggetto.
Commento
Le figure ci sembravano statiche,
così abbiamo tentato un’interpretazione generale con Cabri Geométre che a noi
piace molto perché riproduce tutte le situazioni anche in modo interattivo.
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