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di L. Ferrante e A. Simonelli Roma,febbraio-marzo 1999 L'osservazione delle ombre sia in laboratorio che all'aperto ci permette di osservare le ombre non sempre nitide e ben definite. Perché? Succede sempre? Proviamo a cambiare sorgente.
Ciò che all'esterno era impossibile fare, cioè separare le variabili, è stato invece realizzato in laboratorio. Le prime esperienze hanno riguardato le sorgenti. Sono stati analizzati tre diversi tipi di sorgenti:
Si è cercato di classificare con diversi criteri le sorgenti di luce:
Attraverso le esperienze, i ragazzi sono stati portati a focalizzare la loro attenzione sulle ombre che si proiettavano sia sul piano di appoggio che sullo schermo: ombre divergenti o parallele, presenza o meno di penombra.
Per osservare bene la penombra sullo schermo verticale abbiamo dovuto coprire il piano orizzontale con un cartoncino nero. Il riflesso del piano bianco e lucido era molto fastidioso. L'esperienza con il puntatore laser è stata sicuramente quella più ricca di spunti.
per prima cosa abbiamo attaccato su un pezzo di compensato un foglio di carta bianco che farà da schermo, poi abbiamo preso un oggetto di legno che useremo per vedere le ombre. Con una lampadina di piccole dimensioni abbiamo visto le ombre dell'oggetto sia sul piano su cui lavoravamo, sia sullo schermo e abbiamo potuto fare delle osservazioni: più l'oggetto è vicino alla fonte di luce più le linee dell'ombra sul piano sono divergenti, man mano che ci si allontana dalla sorgente le linee dell'ombra sembrano diventare quasi parallele; riguardo all'ombra sullo schermo, possiamo notare che più l'oggetto è lontano dalla fonte di luce e più vicino allo schermo allora l'ombra sullo schermo è più scura, invece più l'oggetto è vicino alla sorgente più la penombra, cioè la mezza ombra che si forma sopra l'ombra originale, è visibile chiaramente, al contrario succede quando ci si allontana dalla sorgente. Infine possiamo affermare che il rapporto fra distanza sorgente e schermo è di 1:4 (con la lampadina mignon). Comunque, divisi in gruppi, siamo scesi al laboratorio scientifico per fare l'esperimento di due giorni prima, usando una sorgente di luce più grande, un cartoncino nero messo sul piano per evitare il riflesso della luce e un oggetto più grande. Le caratteristiche dell'ombra sul piano erano simili all'esperimento con la luce più piccola, ma l'ombra era più evidente perché il fascio di luce emanato dalla sorgente era più forte e le linee delle ombre erano molto più divergenti. Sullo schermo l'ombra e la penombra erano molto più evidenti, la penombra non era presente quando l'oggetto era vicinissimo allo schermo e quando l'oggetto ne era lontano la penombra lo occupava completamente. Il rapporto distanza sorgente-schermo e sorgente-oggetto era molto più grande della sorgente piccola. Poi la professoressa ha avuto l'idea di usare come sorgente un raggio laser, abbiamo potuto notare che la luce prodotta dal laser si propagava in maniera rettilinea rispetto alle altre due fonti di luce, l'ombra dell'oggetto era intensa e la penombra almeno per noi non s'intravedeva perché il laser è puntiforme, inoltre è monocromatico. La professoressa ci ha fatto notare come il raggio del laser non si vede finchè non attraversa il fumo prodotto dalla sigaretta. Abbiamo potuto vedere tutto il raggio rettilineo del laser perché le particelle del fumo hanno riflesso la luce. Di seguito abbiamo confrontato il nostro schema fatto in classe con lo schema della seconda F e abbiamo notato alcune somiglianze. Infine con questi esperimenti abbiamo dedotto che l'ombra è uno spazio, infatti mettendo fra l'oggetto e lo schermo una gomma ci siamo accorti che in alcuni casi l'ombra della gomma non si vedeva e che, in realtà, noi non vediamo la luce ma che cosa causa l'effetto della luce. Abbiamo iniziato con una sorgente primaria, faretto alogeno di 20 watt. Abbiamo posto la sorgente luminosa ad una certa distanza dallo schermo e tra sorgente e schermo abbiamo messo l'oggetto di cui dovevamo osservare l'ombra. Abbiamo osservato che l'ombra proiettata sullo schermo appariva con penombra e di colore grigio chiaro. Abbiamo poi spostato l'oggetto e osservato che se lo avvicinavamo alla sorgente la penombra aumentava, mentre se lo allontanavamo dalla sorgente la penombra diminuiva fino a scomparire e darci un'immagine nitida. Abbiamo osservato che si passava da una zona di ombra e penombra ad una intermedia (con penombra sfumata) ad una in cui la penombra scompariva e c'era solo l'ombra. Abbiamo poi fatto una prima classificazione delle sorgenti: ESTESA se c'è penombra e ombra, PUNTIFORME se c'è solo ombra. La professoressa ci ha poi chiesto se l'ombra che vedevamo era "piatta". Le risposte sono state diverse, la maggior parte di noi ha detto che era piatta. Abbiamo però osservato che se mettevamo un secondo oggetto dietro al primo, la sia ombra non si vedeva e questo perché cadeva nello spazio d'ombra del primo. In classe abbiamo fatto il punto di quanto osservato in laboratorio. Quello che ha colpito tutti è stato vedere il raggio del laser perché, per noi, è stata la prova che vediamo la luce perché questa si riflette sulle particelle di fumo, quindi noi non vediamola luce ma gli effetti della luce sugli oggetti. Dall'esame delle sorgenti, che abbiamo potuto controllare, abbiamo dato le seguenti definizioni: naturale, artificiale, primaria, secondaria, puntiforme ed estesa, lontana e vicina. La sorgente naturale è quella che esiste in natura (Sole). La sorgente artificiale è quella costruita dall'uomo (lampada). La sorgente primaria è quella diretta (Sole). La sorgente secondaria è la luce riflessa. La sorgente puntiforme crea un'ombra ma senza penombra. La sorgente estesa crea un'ombra con penombra (a seconda della distanza). A questo punto ci siamo chiesti: il Sole che tipo di sorgente? come arrivano i suoi raggi? Secondo noi i raggi del Sole arrivano paralleli, la professoressa ci ha detto che la prossima volta ritorneremo all'aperto e osserveremo come si comporta il Sole.
Modellino usato per visualizzare e spiegare il fenomeno della penombra Lo abbiamo proposto ai ragazzi senza dare spiegazioni, chiedendo loro di esaminarlo e di fissare sul quaderno le idee che questo modellino gli suggeriva. Il modellino ha avuto sui ragazzi l'effetto desiderato. Si sono resi conto che sullo schermo c'erano zone di luce perché vi arrivavano solo fili gialli, zone di ombra perché vi arrivavano solo fili neri e zone in cui arrivavano sia fili gialli che fili neri, ma allora era lì che si forma la penombra. Sostanzialmente recepiscono che un punto della sorgente estesa (battezzato sorgente puntiforme 1) illumina una parte dell'ombra generata da un altro punto della sorgente estesa (battezzato sorgente puntiforme 2) e viceversa. Dunque c'è una "mezza ombra" o "ombra più chiara" cioè la penombra.
Ma l'effetto del modellino va oltre le aspettative. Daniel riflette un po' e poi passa all'attacco e dice con molta sicurezza: "Ma se al posto della puntiforme 2 ci metto una sorgente colorata e non bianca, colorerò l'ombra e dunque non avrò più penombra ma un'ombra colorata!". Questa affermazione ci ha spiazzato, perché pensavamo di proporre il discorso delle ombre colorate più avanti, dopo aver lavorato ancora in laboratorio facendo però variare questa volta l'oggetto e forse anche lo schermo. Nel frattempo visto il suggerimento di Daniel, cercheremo di realizzare un analogo modellino per il discorso delle ombre colorate.
di Rosa Iaderosa Verbale delle attività di laboratorio delle classi III A e III C riguardanti ombra - penombra - sorgenti puntiformi e estese. (1 - 8 febbraio) Abbiamo proposto esperienze in cui si osservavano ombre proiettate da una piccola lampadina e da un proiettore, variando le distanze: luce- oggetto- schermo in vari modi possibili. Abbiamo raccolto e discusso con i ragazzi schemi interpretativi del fenomeno ombra -penombra, e spiegazioni verbali. Abbiamo notato come il modello di raggio, nel disegno, è limitante nella loro concezione "ingenua", perché i raggi vengono tracciati a partire da ogni punto in una sola direzione; spesso si fermano alla posizione dell'oggetto e non si coglie la relazione causa- effetto tra raggio e ombra (spesso le ombre vengono disegnate in maniera scollegata dai raggi). Sia durante le esperienze che nell'analisi loro richiesta, prevale nei ragazzi l'attenzione sulle distanze reciproche luce- oggetto- schermo, più che l'osservazione sulle diverse dimensioni della sorgente. Anche negli schemi interpretativi per ombra e penombra non compare l'idea che il fascio di raggi luminosi possa essere più esteso dell'oggetto stesso. Invece, dopo sollecitazioni, riescono ad interpretare come divergenti o paralleli (più o meno divergenti) i raggi delle due sorgenti. Abbiamo invitato i ragazzi a riflettere sull'interpretazione di ombra e penombra proponendo di analizzare i seguenti problemi: che cosa succede quando una sorgente luminosa investe una pallina più grande di essa; che cosa succede quando la sorgente investe una pallina più piccola. Gli effetti della luce del sole nelle seguenti posizioni: sole - terra - luna allineati lungo uno stesso asse; sole - luna - terra. Anche qui è stato faticoso far arrivare i ragazzi da soli a tracciare schemi corretti; dopo la discussione siamo riusciti finalmente ad organizzare gli schemi interpretativi di ombra e penombra; sorgenti puntiformi ed estese .
Per farci un'idea sull'argomento ombra e penombra abbiamo analizzato le reazioni della luce a contatto con il corpo solido.
Proiettore luminoso ad intensa potenza. Pila luminosa con intensità minore rispetto al proiettore (lampadina molto piccola). Pannello sul quale si proiettano i raggi luminosi e delle due sorgenti. Corpo solido da poter analizzare al cospetto delle due sorgenti luminose.
Dalla pila i raggi della luce vicino all'oggetto producevano sul pannello un'ombra netta. Dall'altro strumento il proiettore, il corpo solido formava sul pannello l'ombra e la penombra (un'ombra meno chiara ai lati del corpo solido)
Avvicinando il dischetto al proiettore, l'ombra s'ingrandisce ed è netta, perché i raggi proiettati non hanno modo di allargarsi e quindi non si forma la penombra. Invece, allontanando il dischetto dalla fonte luminosa l'ombra si ristringe e si forma la penombra, perché i raggi luminosi hanno modo di allargarsi e quindi colpiscono anche in obliquo l'oggetto che riporta l'immagine sul pannello con una leggera penombra. Si è spenta la luce. Con una piccola pila abbiamo illuminato un oggetto posto davanti ad uno schermo. Abbiamo notato che variando la distanza dell'oggetto dallo schermo l'ombra dell'oggetto variava. Se l'oggetto era vicino allo schermo si aveva un ombra dai contorni nitidi e ben distinti ma era piccola. Se avvicinavamo l'oggetto alla sorgente luminosa (pila) l'ombra si ingrandiva ma diventava sfuocato. Abbiamo fatto lo stesso esperimento con una sorgente luminosa più grande (un proiettore)e abbiamo notato che per avere un ombra più nitida l'oggetto doveva essere molto più vicino di prima allo schermo. Quando l'oggetto viene illuminato da una sorgente luminosa maggiore è sfuocata, e attorno appare un alone di penombra. I raggi che riescono a passare illuminano leggermente l'ombra. Questo perché nel primo esperimento il fascio luminoso è più sottile, quindi i raggi di luce che sono divergenti si allargano di meno. Nel secondo caso il proiettore emana fasci di luce che in parte colpiscono l'oggetto(ombra), in parte lo sfiorano(penombra)in parte non toccano per niente
di Carmela Milone Oggi 20/03/1999 abbiamo ripreso l'argomento della volta precedente consistente nelle sorgenti luminose catalogate come primarie e secondarie e come vicine e lontane. Ci siamo accorti che la volta precedente all'aperto le ombre dei nostri corpi erano proiettate sul terreno( sorgente primaria luminosa, il Sole ) formando delle linee parallele e noi l'abbiamo evidenziate con il gesso per renderle più evidenti. Oggi nella prima parte della giornata abbiamo completato l'esperienza precedente lavorando in classe e utilizzando come sorgente luminosa una torcia. Per prima cosa il professore ha preso uno strumento formato da un'asse orizzontale che sosteneva da un lato un piccolo schermo e dall'altro una sorgente luminosa ( cioè una lampadina ) per illuminare un oggetto di forma rettangolare con dei forellini. Abbiamo spento la luce e abbiamo osservato molto attentamente l'ombra dell'oggetto proiettata sullo schermo. A questo punto ci siamo accorti che in base a dove mettevamo l'oggetto, la sua ombra cambiava. Infatti se l'oggetto era posto più lontano dalla luce, l'ombra si vedeva "perfetta", mentre se l'oggetto era messo più vicino alla lampadina, l'ombra si vedeva con i contorni sfumati. Quando l'oggetto era posto più lontano dalla sorgente luminosa, vedevamo sullo schermo la luce che attraversava i forellini in maniera ben definita; in questa posizione abbiamo deciso che la sorgente si poteva chiamare puntiforme. Quando invece l'oggetto era posto più vicino alla luce, l'ombra proiettata aveva i bordi sfumati e i forellini sembravano dei limoni. Abbiamo chiamato la sorgente grande o "estesa". |
PENOMBRA 
