Ot
strumenti
Al servizio dell’occhio e della visione
Ci sono strumenti ottici che facilitano la
visione, correggendo difetti della vista o
consentendo di vedere oggetti molto
piccoli o molto lontani. Altri registrano
permanentemente immagini per poterle
osservare in seguito oppure le proiettano su
uno schermo. In altri casi ancora gli
strumenti ottici servono per eseguire
misurazioni riguardanti i fenomeni
luminosi e per vari scopi tecnici. Parti
essenziali di tutti questi dispositivi sono le
lenti e i prismi, il cui studio è basato sui
principi dell’ottica geometrica
Strumenti per ciò che
è piccolo, piccolissimo,
o grande, grandissimo
Le invenzioni del microscopio
e del cannocchiale risalgono
all’inizio del Seicento e sono
attribuite all’opera
di artigiani olandesi,
costruttori di occhiali.
Il perfezionamento
di microscopio
e cannocchiale,
e soprattutto il loro impiego
per osservare ciò
che nessuno aveva mai visto
prima (il brulicare di piccoli
organismi viventi
ottici, strumenti
ottici
nelle acque limpide
di uno stagno, le ‘macchie’
sulla superficie del Sole
e della Luna, i satelliti
del pianeta Giove),
si devono invece a vari
scienziati, italiani, olandesi
e inglesi, con il contributo
fondamentale di Galileo
Galilei. È significativo
che questi strumenti,
in grado di estendere
le possibilità di osservazione,
siano stati introdotti
in concomitanza con l’inizio
della rivoluzione scientifica
che segna la nascita
della scienza moderna.
SPECCHI, LENTI E PRISMI
Parti essenziali degli strumenti ottici sono gli specchi, le
lenti e i prismi. L’ottica geometrica – la branca della fisica
che se ne occupa – rappresenta la luce sotto forma di raggi che si propagano in linea retta nei corpi trasparenti
omogenei. Sul fenomeno della riflessione della luce sono
basati gli specchi. Gli specchi piani forniscono immagini simmetriche degli oggetti riflessi, gli specchi curvi
immagini ingrandite o rimpicciolite, come nel caso del
Il visore notturno
è un moderno
strumento ottico
realizzato per scopi
militari e che presto
troverà impieghi
anche in ambito
civile. È in grado
di trasformare,
mediante
sofisticati sensori
elettronici contenuti
al proprio interno,
la radiazione
infrarossa emessa
dagli oggetti caldi,
che non viene
percepita dalla nostra
vista, in radiazione
visibile
L’UTILITÀ
DEGLI STRUMENTI OTTICI
Gli strumenti ottici nascono
con l’intento di facilitare la visione. Servono per correggere i
difetti dell’occhio o per proteggerci da una luce troppo intensa, come nel caso degli occhiali;
ampliando le nostre potenzialità visive ci consentono, con i
microscopi, di osservare oggetti molto piccoli oppure, con
cannocchiali e telescopi, molto
lontani, difficili o impossibili
da vedere a occhio nudo.
Esistono strumenti ottici per registrare immagini (macchine
fotografiche) o per proiettarle
su uno schermo (proiettori); altri strumenti ancora sono usati
per eseguire osservazioni e misure di fenomeni luminosi e grandezze ottiche. Infine,
vari dispositivi ottici si avvalgono oggi dell’elettronica:
le immagini vengono infatti registrate trasformando i
segnali luminosi in segnali elettrici, e poi elaborate,
memorizzate e riprodotte grazie a circuiti elettronici.
retrovisore dell’auto. In alcuni casi la curvatura produce
immagini fortemente deformate come possiamo osservare specchiandoci nella parte concava e in quella convessa di un cucchiaio o di un mestolo di metallo.
Sul fenomeno della rifrazione (la deviazione che subisce
un raggio luminoso passando da un corpo trasparente
a un altro) sono basati i prismi e le lenti. I prismi sono
blocchi di materiale trasparente con superfici piane
non parallele e sono utilizzati per cambiare la direzione di propagazione di un raggio di luce o per separare
un raggio di luce bianca nelle sue componenti che hanno i colori dell’iride. Le lenti sono pezzi di vetro o di plastica trasparenti delimitati da due superfici, almeno
Effetti provocati
da una lente
convergente,
(a sinistra)
e da una divergente,
(a destra)
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ottici, strumenti
Ot
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una delle quali è curva e si distinguono in lenti convergenti (più spesse al centro che ai bordi) e lenti divergenti
(più sottili al centro). Si comprende la ragione di queste denominazioni esaminando ciò che avviene quando una lente è colpita da un fascio di raggi paralleli. Il
fascio che esce da una lente convergente si restringe
concentrandosi in un punto (il fuoco della lente), come
possiamo osservare facendo passare i raggi del Sole in
una lente d’ingrandimento. Il fascio che esce da una
lente divergente, invece, si allarga man mano che si alNell’occhio miope
l’immagine si forma
davanti alla retina
(arco rosso)
per cui viene
utilizzata una lente
divergente
per correggere
il difetto visivo;
nel caso
dell’ipermetropia
l’immagine si
formerebbe dietro
la retina per cui viene
anteposta all’occhio
una lente convergente
per ‘chiudere’
il fascio e consentire
il formarsi
dell’immagine
sulla retina
occhio miope
occhio ipermetrope
correzione
correzione
lontana dalla lente. Gli occhiali per correggere la miopia
utilizzano lenti divergenti; quelli per correggere l’ipermetropia lenti convergenti. Le lenti, in generale, forniscono immagini che possono essere dritte o capovolte
e ingrandite o rimpicciolite, a seconda della posizione
dell’oggetto osservato rispetto alla lente e del tipo di
lente. Ciò si verifica facilmente guardando una pagina
di un libro attraverso una lente d’ingrandimento, con
gli occhi a 20⫼30 cm; sollevando la lente, vediamo l’immagine diritta e sempre più ingrandita, poi la vediamo
confusa e infine ci appare rovesciata.
GLI STRUMENTI PER VEDERE OGGETTI PICCOLI
Per vedere oggetti molto piccoli lo strumento ottico più
semplice è una lente convergente usata come lente d’ingrandimento. Essa può ingrandire un oggetto fino a poco
più di 5 o 6 volte, prima che l’immagine risulti distorta
e confusa. Ingrandimenti maggiori, fino a circa 1.000
volte, si ottengono usando un microscopio, che impiega
generalmente due lenti, o due gruppi di lenti, chiamate
obiettivo (la lente vicina all’oggetto che si osserva) e oculare (la lente vicina agli occhi). Altre parti essenziali di
un microscopio sono quelle che provvedono a illuminare fortemente l’oggetto che si vuole osservare e a metterlo bene a fuoco per ottenerne una buona immagine.
La possibilità di osservare oggetti piccoli contribuì
grandemente al progresso delle conoscenze: come per
esempio la scoperta della cellula, l’elemento base di
tutti gli organismi viventi, da parte dello scienziato inglese Robert Hooke nel 17° secolo. Del resto i microscopi sono ancora oggi strumenti preziosi in biologia
e in medicina per l’esame di batteri, organismi unicellulari, tessuti animali e vegetali e simili.
Qual è il limite dei microscopi ottici? Frazioni di millesimo di millimetro: la luce visibile, infatti, è costituita da onde aventi questa lunghezza, sicché è impossibile vedere dettagli ancora più piccoli. Esistono però
altri strumenti che non subiscono questa limitazione,
come il microscopio elettronico, che fornisce ingrandimenti anche di 200.000 volte, ‘illuminando’ gli oggetti
con un fascio di elettroni e creando un’immagine che
può essere proiettata su uno schermo oppure fotografata. Prestazioni ancora più avanzate si ottengono con
il microscopio tunnel a scansione, con il quale si possono
addirittura ‘vedere’ gli atomi. Questo strumento rileva
l’immagine facendo passare una punta metallica sottilissima sopra la superficie dell’oggetto e registrando le
variazioni della debolissima corrente elettrica che si
crea fra la punta e l’oggetto.
GLI STRUMENTI PER VEDERE OGGETTI LONTANI
Cannocchiali e telescopi permettono di gettare uno
sguardo a oggetti molto lontani che, per via della distanza, ci appaiono poco definiti.
Le parti essenziali del cannocchiale, come del microscopio, sono due lenti, o due gruppi di lenti, disposte all’estremità di un tubo. Il cannocchiale terrestre impiega
una lente divergente e una convergente, fornendo così
un’immagine ingrandita e diritta. Ma ingrandimento rispetto a
che? Non certo rispetto alla stella che guardiamo! Sicuramente
c’è ingrandimento ‘lineare’ rispetto all’immagine diretta della stella, nel punto dove la osserviamo (per esempio immaginando di raccoglierla su uno
schermo). Nel cannocchiale astronomico si usano invece due lenti
convergenti: ciò fornisce ingrandimenti maggiori, ma l’immagine che si ottiene è capovolta.
Nel telescopio si utilizzano lenti
di grandi dimensioni e specchi
Tecnici effettuano
concavi per raccogliere la debomisure per mezzo
le luce proveniente dalle stelle.
di un teodolite,
L’immagine che così si genera
può essere trasmessa all’occhio uno strumento ottico
a cannocchiale
dell’osservatore, o a una lastra foper la misurazione
tografica o a un dispositivo elettronico – simile a quello usato degli angoli azimutali
e zenitali, usato
nelle macchine fotografiche diper rilievi geodetici
gitali – che la registra sotto forma
e topografici
di segnali elettrici.
ALTRI STRUMENTI OTTICI
Strumenti ottici, come le macchine fotografiche (fotografia) e le macchine da ripresa cinematografica, registrano permanentemente immagini fisse o in movimento, mentre per proiettare immagini su uno schermo si usano i proiettori per diapositive e i proiettori cinematografici.
Esistono anche strumenti per eseguire osservazioni e
misure di fenomeni luminosi e grandezze ottiche, per
esempio, per misurare l’intensità della luce emessa da
una sorgente luminosa o il livello di illuminazione di
un ambiente. Strumenti ottici speciali, infine, sono
adoperati per eseguire misure di geodesia, cioè per studiare la forma e le dimensioni della Terra, e di topografia, cioè per caratterizzare il territorio, determinando
le posizioni dei diversi luoghi e le distanze e i dislivelli
che ci sono fra essi.
Giovanni Vittorio Pallottino
