Come si comporta la luce quando attraversa la materia? 

Esperimento n. 1

Materiali

un bicchiere trasparente pieno per metà d’acqua

una bacchetta di plastica colorata o una matita o una cannuccia

Descrizione dell’attività

riempite il bicchiere d’acqua e immergete la bacchetta che succede?

Spiegazione del processo fisico

La luce che arriva all’occhio fa due percorsi diversi. Quella che proviene dalla parte emersa della bacchetta ha attraversato l’aria e il bicchiere; quella che viene dalla parte sommersa ha attraversato anche l’acqua.Il raggio di luce si “piega” mentre passa da un mezzo all’altro. 

Ciò significa che la luce che proviene dalla porzione di bacchetta sommersa è “più piegata” rispetto a quella fuori dall’acqua e quindi sembra venire da una direzione diversa. Questo fa apparire la bacchetta spezzata.

Il fenomeno fisico per cui la luce si “piega” nel passare da un mezzo all’altro si chiama rifrazione.Ogni materiale rifrange la luce secondo un particolare angolo che dipende dalle caratteristiche del materiale stesso. Ogni materiale quindi ha il suo indice di rifrazione che quantifica la deviazione della luce quando lo incontra. Maggiore è la differenza tra gli indici di rifrazione dei materiali attraverso cui passa la luce, maggiore è la deviazione.                                   

Ogni bambino può descrivere, può scrivere, può fare un disegno di ciò che pensa stia accadendo ai raggi di luce. Si può anche lavorare a gruppi. 

 

Esperimento n. 2

Materiali

1 Bicchiere liscio trasparente cilindrico o una boccia (superficie curva)  

1 contenitore trasparente a base rettangolare  (superficie piatta)

acqua

un foglio con due frecce orientate verso destra

un foglio con due rettangoli affiancati di due colori diversi

se lo desideri, puoi scaricare e stampare i nostri template (link per la stampa)  

 

Descrizione dell’attività

Ora vediamo cosa succede alla luce quando, nel suo viaggio, incontra superficie curve.

Posizionate il foglio con i due rettangoli colorati dietro il bicchiere vuoto. Riempite completamente il bicchiere d’acqua. Cosa succede? Commentate con i ragazzi quello che vedete allontanando o avvicinando il bicchiere pieno. Per farvi un’idea fate gli stessi passaggi anche con il barattolo quadrato. Potete fare delle prove con oggetti che avete in classe o costruiti dai bambini. Se provate con oggetti fisici, abbiate l’accortezza di avere uno sfondo uniforme  ad esempio un foglio.

Fa differenza quanto il bicchiere d’acqua è vicino alla carta? Cosa cambia se il bicchiere è cilindrico o a base rettangolare? Se avete a disposizione bicchieri cilindrici di diverse dimensioni potete fare altri esperimenti e capire a che distanza si inverte l’immagine.

Ogni bambino può descrivere a parole, può scrivere, può fare un disegno di ciò che pensa stia accadendo ai raggi di luce. Si può anche lavorare a gruppi. 

 

Spiegazione del processo fisico

In questo esperimento, la luce ha viaggiato dall’immagine attraverso l’aria, il bicchiere di vetro, l’acqua, e infine ha riattraversato il bicchiere e  ha viaggiato  nell’aria ancora una volta, prima di raggiungere i nostri occhi, similmente all’esperimento precedente. Ciò significa che la luce si piega 4 volte: quando attraversa il bicchiere, quando incontra l’acqua, quando passa dall’acqua al vetro e infine dal vetro all’aria. Se utilizziamo un barattolo con base rettangolare la luce attraversa una superficie piana e l’immagine resta dritta. Se invece utilizziamo un cilindro la luce passa attraverso una superficie curva che funziona come una lente. In questo caso i percorsi di luce si incrociano e l’immagine sembra essere capovolta orizzontalmente (sinistra/destra). 

 

Esperimento n. 3

Materiali

1 Bicchiere o 1 boccia di vetro liscio trasparente

acqua

palline di gel d’acqua trasparenti 

sfere di acciaio o palline colorate

 

Descrizione dell’attività

Inserisci le sfere di acciaio o palline colorate nella boccia di vetro trasparente. Riempi con dell’acqua. Cosa succede? Cosa vedi?  Adesso  inserisci le palline di gel d’acqua trasparente. Wow  cosa vedi e cosa non vedi? che bello..sembra una magia! Ma non lo è .

Rispondi a queste domande e registra la tua risposta su un foglio.

C’e’ differenza tra le palline colorate e quelle trasparenti?  Cambia qualcosa se colorassimo l’acqua con lo stesso colore delle palline colorate?

Cosa pensi? Puoi descriverlo, puoi scriverlo, puoi fare un disegno di ciò che pensi stia accadendo ai raggi di luce. (Vedi spiegazione sotto)

 

Spiegazione dell’esperimento

Le palline di gel sono costituite quasi interamente da acqua (99%). Quindi l’indice di rifrazione dell’acqua e delle palline è lo stesso. Di conseguenza le palline appaiono invisibili  perché la luce cammina in linea retta e  non si piega quando viaggia dall’acqua alle palline fino a raggiungere il nostro occhio. 

 

Ricapitolando:

1)   possiamo vedere un oggetto solo se la luce che lo illumina arriva ai nostri occhi;

 

2)  la luce viaggia con velocità diversa in mezzi diversi: nel vuoto viaggia a circa 300.000 km al secondo, mentre viaggia nell’acqua a circa 225 400 km al secondo e nel vetro a 185.000 km al secondo.

3)    nel passare da un mezzo/materiale ad un altro, la luce cambia direzione e ciò influisce sul suo “comportamento”. Essa può essere “piegata” e questo fenomeno si chiama  rifrazione;

                                                                            

 

                                  

Diamo i numeri …..

 

Sostanza Indice di rifrazione Velocità della luce espressa in metri

(x 1,000,000 m/s)

Angolo di rifrazione se il raggio incidente entra in una sostanza a 20° centigradi
aria 1.00 300 20
acqua 1.33 226 14.9
vetro 1.5 200 13.2
diamante 2.4 125 8.2

 

Box astrofisico

Vediamo le stelle brillare proprio per questo fenomeno. La luce di una stella, per arrivare fino a noi, deve attraversare i diversi strati dell’atmosfera terrestre i quali hanno proprietà diverse, precisamente temperature  e densità diverse.

Quando un raggio di luce proveniente da una sorgente puntiforme (e le stelle per la loro distanza possono essere assimilate a punti che emettono luce) attraversa strati di densità diversa, la luce viene rifratta, cioè cambia direzione.

Per i pianeti o la Luna non vediamo lo stesso sbrilluccichio perché sono più vicini e quindi più grandi al nostro occhio e perchè non brillano di luce propria ma riflettono la luce proveniente dal Sole.