Esperienze di ottica in 3D

Esperienze di ottica in 3D
Descriviamo l'impiego di un piccolo nebulizzatore ad ultrasuoni come strumento per visualizzare il
cammino della luce nello spazio. Attraverso sistemi ottici di complessità variabile e in diverse
configurazioni, con esso è possibile studiare sia le semplici leggi dell'ottica geometrica che quelle più
complesse dell'ottica ondulatoria.
La costruzione dell'apparato sperimentale
L'idea principale consiste nel seguire la luce durante la sua propagazione per mezzo della diffusione
luminosa provocata da goccioline di nebbia. La nebbia è prodotta artificialmente da un nebulizzatore ad
ultrasuoni.
Il nebulizzatore è immerso in un piccolo recipiente contenente acqua. Un trasduttore
piezoelettrico di materiale ceramico produce nel liquido vibrazioni ad alte frequenze (circa 1 MHz).
Le onde ultrasonore che si propagano all’interno del contenitore generano sulla superficie
dell’acqua un piccolo getto che si frammenta per cavitazione nelle minuscole gocce che
compongono l’aerosol.
Per minimizzare la turbolenza e assicurare alta omogeneità alla nebbia, tutto il sistema è
collocato in una scatola dalle pareti trasparenti (un acquario può essere efficacemente adattato allo
scopo). Per evitare fastidiose riflessioni, della stoffa nera adesiva può ricoprire le pareti interne del
recipiente non interessate dalla visione diretta (fig. 1). Tale tecnica produce una nebbia continua e
omogenea che permette la formazione di immagini luminose molto stabili.
Fig. 1: Immagine dell’apparato sperimentale. A destra, all’interno del contenitore in vetro contenente acqua, è
visibile il nebulizzatore.
I materiali utilizzati
Il nebulizzatore viene generalmente impiegato per umidificare gli ambienti, o per motivi
scenografici, ed è reperibile pertanto da vari rivenditori. Ad esempio, in negozi di giocattoli, New
Age shop e negozi che vendono articoli sanitari.
Negli esperimenti di interferenza e diffrazione con fenditure si consiglia di utilizzare laser di almeno
alcuni mW, come Laser pen a semiconduttore rossi e verdi di 5mW, acquistabili, ad esempio, dalla
ditta Leybold. Per gli esperimenti con i reticoli di diffrazione e di ottica geometrica sono invece
sufficienti laser giocattolo molto meno potenti.
Per le fenditure e reticoli abbiamo adoperato parte della dotazione del kit di ottica OS-9165 della
Pasco.
Altri oggetti adoperati quali lenti, prismi, specchi, sorgenti di luce bianca…., sono facilmente
reperibili da varie aziende produttrici (come le due già citate).
L'utilizzo del dispositivo
Quasi tutta la storia dell’ottica classica può essere ripercorsa all’interno del dispositivo,
riproponendo dai famosi esperimenti di ottica geometrica descritti da Newton nel suo trattato
“Opticks”, fino alle esperienze di Young, Fresnel e tanti altri sull'ottica ondulatoria (fig. 2).
a
b
c
d
e
Fig. 2: Alcuni degli esperimenti possibili: a) riflessione di raggi da uno specchio, b) rifrazione in un recipiente pieno
d’acqua, c) focalizzazione di un fascio di luce bianca da una lente convergente, d) diffrazione da un reticolo di un
fascio laser verde, e) interferenza attraverso due fenditure di un fascio laser rosso.