In questa attività, gli studenti sono invitati a costruire una piramide olografica (cioè un display a forma di tronco di piramide a quattro lati) allo scopo di creare un semplice proiettore per ologrammi 3D da applicare al proprio smartphone (o ad un tablet). I lati della piramide agiscono come quattro specchi, situati ad angoli di 45° sullo schermo dello smartphone, simulando un proiettore di ologrammi: al centro della piramide, infatti, si formerà una immagine tridimensionale fluttuante.
L’attività può essere usata singolarmente o all’interno di un percorso articolato sulle proprietà fisiche della luce.
Obiettivi generali
- Indagare sulle proprietà della luce, in particolare la riflessione.
- Conoscere il principio di funzionamento di un semplice ologramma.
Competenze
- Competenze di base in scienze e tecnologia: comprendere il meccanismo della riflessione della luce; conoscere e utilizzare diversi tipi di materiali e strumenti; conoscere e saper usare termini specifici; sapere descrivere il funzionamento di uno strumento.
- Imparare ad imparare
Materiali
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Materiali necessari per l’attività Fogli di acetato trasparente (es fogli A4 per lucidi per lavagne luminose o copertine trasparenti o foglio trasparente per plastificatrice) di spessore non troppo sottile (devono potersi piegare ma mantenere una certa rigidità)
- Forbici e taglierina
- Pennarello indelebile
- Righello
- Copie del template della piramide per smartphone/tablet
- Fotocopiatrice o stampante laser
- Smartphone o tablet
- Accesso alla rete (video di YouTube)
- Una scatola di cartone o dei fogli di cartoncino nero per ridurre la luminosità
Gli ologrammi
Un ologramma (dal greco olos= tutto e grafia= scrittura, disegno) è una immagine stereoscopica tridimensionale, creata attraverso l’uso di un fascio laser che viene fatto rimbalzare (cioè riflettere) su specchi posti in particolari posizioni. Gli amanti di Star Wars lo assoceranno subito alla figura della principessa Leia proiettata dal droide R2-D2.
I primi ologrammi furono inizialmente teorizzati e poi inventati alla fine degli anni ’40 dall’ingegnere ungherese Dennis Gabor, tramite l’utilizzo di fasci di luce verde generati da una lampada di vapori di mercurio. Tale scoperta, che fece ottenere a Gabor il premio Nobel nel 1971, non trovò subito grandi applicazioni pratiche fino alla fine degli anni ’60 quando vennero creati i laser.
Creare un vero e proprio ologramma richiede l’uso di un laser per far rimbalzare (=riflettere) la luce su degli specchi e non è qualcosa che di solito facciamo in una classe a causa delle attrezzature e dei problemi di sicurezza. Tuttavia, possiamo creare facilmente una proiezione 3D che assomiglia ad un ologramma.
Descrizione dell’attività
In questa attività, gli studenti costruiranno una piramide trasparente a quattro lati. I lati della piramide, infatti, agiscono come quattro specchi, situati ad angoli di 45°, posti sullo schermo di uno smartphone o di un tablet. Lo schermo e la piramide così costruita simuleranno un proiettore di ologrammi.
L’oggetto da proiettare può essere statico, oppure, se utilizziamo un video di animazione olografica, all’interno della piramide appariranno immagini 3D in movimento (ologrammi).
In ogni caso, nello schermo dovranno apparire 4 immagini posizionate in croce orientate nella direzione dal centro verso i lati dello schermo (vedi figura).
Per costruire la piramide, useremo un modello bidimensionale, disponibile in due versioni: la più piccola è quella da usare per realizzare una proiezione su uno smartphone, mentre la più grande serve per realizzare una proiezione su un tablet.
Riportiamo il modello scelto su un foglio di acetato trasparente o un lucido da lavagna luminosa: basta stampare il modello e ricalcarlo con l’aiuto di un pennarello indelebile a punta fine e un righello. Per ridurre il rischio di movimenti indesiderati del foglio di acetato durante le fasi di ritaglio, possiamo pinzare i due fogli con l’aiuto di una pinzatrice.
In alternativa, se in classe avete a disposizione una stampante adatta, potete direttamente stampare il modello sul foglio di acetato trasparente.
Le linee solide vanno ricalcate con una linea continua, le linee tratteggiate (che ci serviranno per le piegature) possono essere ricalcate con una serie di puntini. Per semplificare l’attività, possiamo pinzare il foglio del modello con quello di acetato trasparente
Con le forbici (o se siete abilissimi, con una taglierina e il righello), ritagliamo lungo i bordi esterni (linee solide). Con la taglierina poi creare l’incisione necessaria per la chiusura del modello.
Facendo molta attenzione, magari aiutandoci con il righello, pieghiamo il foglio di acetato lungo le linee tratteggiate [immagine], quindi inseriamo la linguetta nella fessura per chiudere la piramide.
Con le dita, regoliamo bene le pieghe, in modo da avere piegature regolari.
Poggiamo ora la piramide sulla base minore (in pratica, rovesciamo la piramide) su una superficie piana, per verificare che sia a livello della superficie. In caso contrario, controlliamo pieghe e ritagli.
Cerchiamo ora su Youtube uno dei tanti video per proiezione ologrammi da smartphone. Di seguito vi diamo qualche suggerimento, ma ne esistono davvero tantissimi, con figure di ogni tipo. Per esempio:
Dopo aver appoggiato lo smartphone o il tablet su una superficie piana, facciamo partire il video e posizioniamo la piramide rovesciata perfettamente al centro dello schermo.
Se abbiamo fatto le cose per bene, dovremmo vedere una immagine 3D “fluttuare” al centro della piramide. Possiamo anche ruotare lo smartphone per guardare l’immagine dalle diverse facce della piramide.
Buona visione!
Considerazioni sull’attività (per gli insegnanti):
1) L’immagine potrebbe non essere visibile chiaramente per diversi motivi. Incoraggiate gli studenti a fare ipotesi e a trovare soluzioni alternative e/o piccole correzioni al progetto.
- a) La piramide potrebbe non essere stata ritagliata perfettamente (bordi irregolari, pieghe non definite) e quindi non avere gli angoli corretti per la riflessione delle immagini. Potete far rifinire i bordi o rifare la piramide.
- b) L’ambiente potrebbe essere troppo luminoso: l’immagine infatti si vedrà meglio se l’ambiente è buio. Potete far abbassare le luci della stanza oppure posizionare lo smartphone al centro di una scatola di cartone inclinata che funga da camera oscura o ancora usare dei fogli di cartoncino nero come fondo per diminuire gli inevitabili riflessi da muri e soffitto.
2) Potete provare a sfidare i ragazzi a creare il loro video da ologramma per smartphone.
Per iniziare basterà costruire anche solo uno fondo scuro con 4 immagini posizionate correttamente.
Suggerimenti per l’insegnante
Prima di iniziare l’attività in classe, potete discutere con gli studenti il fenomeno della riflessione. Potete a questo proposito consultare la box di approfondimento proposta.
Box di approfondimento “La luce e la riflessione”
La luce è una forma di energia prodotta da una sorgente luminosa, naturale o artificiale. La luce può provenire da fonti incandescenti (il filamento di una lampadina, il sole o una fiamma) o da fonti luminescenti (LED, schermi di computer).
Indipendentemente da come la luce viene prodotta, la luce viaggia sempre nello spazio in linea retta.
Quando un fascio di luce incontra una superficie liscia e levigata, i raggi subiscono un fenomeno detto riflessione:
in pratica, i raggi vengono deviati di un angolo (detto angolo di riflessione) uguale all’angolo formato con la perpendicolare alla superficie (detto angolo di incidenza. Si veda lo schema geometrico riportato in figura).
La riflessione è un fenomeno importante: noi possiamo vedere la maggior parte degli oggetti in natura perché le loro superfici riflettono la luce che vi incide.
Se consideriamo uno specchio, è facile dimostrare la legge della riflessione, ma tanti tipi di superfici possono essere riflettenti, compresa l’acqua.
Le leggi della riflessione valgono inoltre anche se la superficie non è regolare.
In questo caso però i raggi vengono riflessi in molte direzioni diverse perché gli angoli di incidenza sulla superficie sono diversi: si parla di riflessione diffusa (b) per distinguerla dalla riflessione speculare (a).
Un caso semplice per capire la differenza è quello della superficie dell’acqua di un lago. Se l’acqua è calma e piatta, la riflessione sarà pressoché perfetta e potremo vedere una immagine riflessa perfettamente. Se invece la superficie è increspata, la riflessione avverrà ancora, ma non saremo in grado di vedere una immagine.
