UNIVERSITA degli STUDI di GENOVA. Didattica e laboratorio di fisica. Professoressa Mirando Pilo Professoressa Maria Teresa Tuccio

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1 UNIVERSITA degli STUDI di GENOVA S. S. I. S. Scuola di Specializzazione all Insegnamento Secondario a. a Didattica e laboratorio di fisica Professoressa Mirando Pilo Professoressa Maria Teresa Tuccio Noemi Chirico Indirizzo Matematico Scientifico Classe A059 I anno Tematica dell unità didattica: Struttura e funzionamento dell occhio umano

2 1 Tematica dell unità didattica: Struttura e funzionamento dell occhio umano Contenuti: Esperienza 0 La moneta che compare Esperienza 0.1 la propagazione rettilinea della luce Esperienza 1 Come funziona la pupilla Esperienze 2 Come si formano le immagini sulla retina Esperienza 2.1 Quando la luce passa attraverso la pupilla Esperienza 2.2 La camera oscura Esperienza 2.3 Aggiungendo una lente. Esperienza 2.4 Come funziona il cristallino Esperienza 3 I meccanismi della visione in condizione di scarsa luminosità Struttura dell'occhio umano e meccanismo della visione Obiettivi specifici: Conoscere la struttura anatomica dell occhio Conoscere il funzionamento dell occhio umano Acquisire una terminologia specifica al tema Obiettivi trasversali: Stimolare la formulazione di ipotesi raccogliendo e analizzando dati Stimolare la verifica delle ipotesi attraverso il confronto in classe Aumentare le capacità di verbalizzazione e sintesi Contribuire al raggiungimento di abilità sociali attraverso il lavoro di gruppo Elaborare contributi personali (relazioni oggettive e soggettive) Guidare a compiere collegamenti interdisciplinari (fisica-biologia) Sviluppare le capacità manuali Saper comunicare in modo chiaro i risultati dello studio attraverso relazioni e schemi. Introduzione Questa unità didattica è pensata per una classe terza di scuola secondaria di primo grado. Ha una forte caratteristica interdisciplinare, in quanto caratterizzata da un interconnessione fra biologia e fisica. Lo scopo di questa unità didattica è quello di affrontare lo studio della struttura dell occhio e contemporaneamente, attraverso alcune esperienze, permettere ai ragazzi di comprenderne il loro funzionamento. Prima fase I ragazzi verranno divisi dall insegnante in gruppi di 3/4 persone. Saranno loro proposti alcuni esperimenti che permetteranno di studiare alcune componenti fondamentali dell occhio come la pupilla, il cristallino, la retina e di comprenderne il funzionamento. Questi esperimenti saranno basati su esperienze della vita quotidiana e sulle idee che i ragazzi già hanno, per poi guidarli, attraverso osservazioni attente, ad appropriarsi di alcuni dei concetti disciplinari portanti. Alla fine di ciascuna esperienza vi sarà un momento di confronto in classe fra gli alunni e con l insegnante. 1

3 2 Poiché per affrontare le Esperienze 2 è necessario che i ragazzi abbiano già acquisito i concetti di propagazione rettilinea della luce e di rifrazione, riporto di seguito due esperienze che l insegnante potrebbe proporre alla classe per introdurre questi due fondamentali concetti e che dovranno essere svolte precedentemente rispetto a questa unità didattica. Esperienza 0 La moneta che compare Comprendere il fenomeno della rifrazione Materiale occorrente: pentola o un altro contenitore opaco una moneta o un altro oggetto circa delle stesse dimensioni (è essenziale che non galleggi) acqua Procedimento: I ragazzi mettono la moneta nella pentola, e si posizionano in modo tale che la moneta sia nascosta alla loro vista dal bordo della pentola. Poi, uno di loro o l insegnante stesso versa dell acqua nel contenitore. I ragazzi vedranno la moneta comparire. Alcuni, inoltre, potrebbero osservare che la moneta appare leggermente ingrandita, o che sembra galleggiare. Sviluppi successivi Il fenomeno della rifrazione della luce tra mezzi diversi che hanno osservato in maniera del tutto qualitativa può essere ripresentato ai ragazzi con la possibilità di esplorarlo quantitativamente: quello che serve sono gli apparati per un classico esperimento della misura dell indice di rifrazione: semicilindri di vetro o plexiglas, la possibilità di collimare un raggio di luce, strumenti per misurare lunghezze ed angoli; tutto quello che dovrebbe essere detto ai ragazzi in questa fase è che si presenta un fenomeno che è collegato con l esperienza della moneta che compare, mostrare una volta la deviazione del raggio di luce al passaggio per il semicilindro e lasciare che essi autonomamente stabiliscano le connessioni tra i due fenomeni, decidano se tenere o rigettare le teorie che avevano formulato in precedenza, e scelgano come operare un esperimento quantitativo per comprendere meglio il fenomeno, decidendo quali grandezze far variare ecc. Ciascun gruppo scriverà poi una piccola relazione di laboratorio nella quale saranno riportati i risultati delle misure e le conclusioni raggiunte. 2

4 3 Esperienza 0.1 la propagazione rettilinea della luce Far giungere alla consapevolezza della propagazione rettilinea della luce Materiale occorrente: sorgente di luce (lampada, proiettore) oggetto con un occhiello (es. tazzina da caffé) oggetto opaco che funga da schermo (es. quadernone, registro di classe) filo (spago, cotone,..) Procedimento: 1. Sul tavolo di lavoro vengono appoggiate la lampada, l oggetto e lo schermo. 2. La stanza viene oscurata per focalizzare l'attenzione sulla sorgente: la lampada illumina l'oggetto (tazzina) che a sua volta la diffonde in tutte le direzioni. 3. Un allievo del gruppo si posiziona dietro lo schermo in modo da non vedere la tazzina mentre un compagno lega le estremità dello spago alla lampada e lo fa passare nell occhiello dell oggetto. 4. L'allievo dietro lo schermo prende l altra estremità dello spago e lo tende fino a raggiungere il proprio occhio. 5. Nelle prove successive l'allievo cambierà posizione, alzandosi, abbassandosi, spostandosi rispetto allo schermo osservando ogni volta il percorso del filo. Tale attività é convincente rispetto all'obiettivo poiché gli alunni materializzano con il filo il percorso rettilineo della luce. Si può sottolineare ulteriormente che ci sono varie posizioni da cui si può osservare l'oggetto purché il percorso rettilineo non venga ostacolato, cioè il filo non si pieghi. E' opportuno far osservare agli allievi che ci sono raggi diffusi in tutte le direzioni da ciascun punto dell'oggetto. Esperienza 1 Come funziona la pupilla Prima di affrontare la struttura interna dell occhio si fanno riflettere i ragazzi sui suoi elementi esterni e sul loro funzionamento. Far osservare e distinguere le varie parti dell occhio esterno Far notare come cambia il diametro della pupilla al variare della luce che la illumina. Materiale occorrente: Uno specchio piano Una torcia elettrica Procedimento: 3

5 4 1. Ogni ragazzo osserva attraverso lo specchio il proprio occhio, quindi disegna e descrive ciò che vede. 2. Si diminuisce l illuminazione della stanza e si fa osservare attraverso lo specchietto la pupilla. 3. Con la torcia elettrica ciascun alunno illumina il proprio occhio (senza necessariamente far puntare la luce verso l occhio). Gli si chiede di osservare cosa accade. 4. Si chiede di spegnere la torcia e, con lo specchietto, di osservare nuovamente cosa accade alla pupilla. Cosa dovrebbero notare: Le diverse parti dell occhio esterno, in particolare l iride e la pupilla. Il fatto che la pupilla si contrae o si dilata in relazione alla variazione della luce. pupilla ristretta pupilla dilatata Esperienze 2 Come si formano le immagini sulla retina Le esperienze successive sono volte a far comprendere come funziona nel nostro occhio il sistema: pupilla - cristallino - retina. A tal fine sarà proposta ai ragazzi la costruzione di modelli. Il modello di pupilla e quello di camera oscura servono a capire come mai l'immagine che si forma sulla retina è capovolta e rimpicciolita, mentre il modello del cristallino serve a comprendere per quale ragione l'immagine è a fuoco. Prerequisiti: concetto di propagazione rettilinea della luce concetto di rifrazione Comprendere e rappresentare come si forma l'immagine sulla retina. Rappresentare con un modello la formazione dell'immagine sulla retina. 4

6 5 Esperienza 2.1 Quando la luce passa attraverso la pupilla Si costruisce un modello per comprendere cosa succede quando la luce passa attraverso un foro piccolo quale può essere la nostra pupilla. Far comprendere ai ragazzi che, per la propagazione rettilinea della luce, l'immagine che si forma è capovolta. Materiale occorrente: 4 fili di lana abbastanza grossa, lunghi circa 25 cm Assetta di legno (30 cmx30cm) Ago per lana Asticciola di legno Vite ad occhiello 2 cartoncini spessi di 20 cm x 20 cm Nastro adesivo Procedimento: 1. Si avvita ad una estremità dell'asticciola la vite ad occhiello e poi si fissa l'asticciola al centro della base in legno. 2. Si disegna un trapezio rettangolo su uno dei due cartoncini. 3. Con un ago si fanno passare i fili di lana attraverso i vertici del trapezio e si fissano sul retro del cartoncino con un nodo o con del nastro adesivo. 4. Si fissa con chiodini il cartoncino su uno dei lati più corti della base sistemandolo perpendicolarmente alla base stessa. 5. Si fissa con dei chiodini anche l'altro cartoncino al lato opposto. 6. Si fanno passare, tenendoli ben tesi, i fili attraverso l'occhiello dell'asticciola fissata al centro della base con l'ago e utilizzando il nastro adesivo li si fissa sul cartoncino opposto. 7. Si tratteggia con un pennarello la figura ottenuta. Domande che l insegnante potrebbe porre per far riflettere i ragazzi: Sapendo che la figura di partenza rappresenta un oggetto, la vite ad occhiello la nostra pupilla e la figura tratteggiata l'immagine che si forma sulla nostra retina, secondo te cosa rappresentano i fili di lana? La figura che ottieni è uguale a quella di partenza? 5

7 6 È disposta nello stesso modo? Dai una spiegazione del perché, a tuo avviso, succede questo. Cosa dovrebbero notare: I fili di lana rappresentano i raggi di luce. Durante questa esperienza gli alunni dovranno osservare che la figura tratteggiata è uguale alla figura di partenza, ma capovolta. Esperienza 2.2 La camera oscura La costruzione e l uso di una camera oscura serve per comprendere che, per la propagazione rettilinea della luce, l'immagine che si forma sulla retina è capovolta e può avere dimensioni diverse se è più o meno vicina al foro di ingresso della luce. Far comprendere che, per la propagazione rettilinea della luce, l'immagine che si forma sulla retina è capovolta e può avere dimensioni diverse se è più o meno vicina al foro di ingresso della luce. Materiale occorrente: Scatola da scarpe Foglio di carta traslucida Chiodo Vernice o carta nera opaca Taglierino Colla o nastro adesivo nero Biro Lampadina Procedimento: Si colora di nero tutta la parte interna (anche il coperchio) della scatola o la si riveste con carta nera opaca. Con un chiodo si pratica un forellino al centro del coperchio Si ritaglia sulla parete opposta una finestra alla quale si attaccherà dall'interno con colla o nastro adesivo nero un foglio di carta traslucida Si fissa il coperchio alla scatola con nastro adesivo Si pone davanti al forellino un oggetto ad esempio una biro e lo si illumina con una lampadina. Domande che l insegnante potrebbe porre per far riflettere i ragazzi: Guarda attraverso il foglio di carta da lucido. Che cosa vedi? La biro è uguale a quella che hai messo davanti al forellino? E' nella stessa posizione? Prova ad allontanare la penna e mentre la muovi osserva attraverso la carta da lucido, facendo attenzione che la penna sia sempre illuminata dalla lampadina e che tu veda la sua immagine sullo schermo. Cosa noti? Prova ora ad avvicinare la penna e vedi cosa succede all'immagine. 6

8 7 Il forellino rappresenta la nostra pupilla, l'immagine che si forma sullo schermo traslucido rappresenta l'immagine che si forma sulla nostra retina. Poiché la distanza pupilla-retina è sicuramente molto più piccola della distanza oggetto-pupilla, l'immagine che si forma sulla nostra retina è rimpicciolita. Cosa dovrebbero notare: I ragazzi dovrebbero notare che l'immagine che si forma sullo schermo traslucido è capovolta e sfocata: allontanando la penna la sua immagine è sempre capovolta ma si rimpicciolisce, mentre avvicinandola si ingrandisce. Esperienza 2.3 Aggiungendo una lente. Questa esperienza è volta a mostrare come l'immagine che si forma sulla retina è capovolta, rimpicciolita e nitida, data la presenza nell occhio di una lente. Capire il funzionamento dell occhio Comprendere che l immagine che si forma sulla retina è capovolta, rimpicciolita e nitida Materiale Occorrente: Scatolone di cartone con una faccia aperta Lente convergente Coltello Foglio di carta traslucida Procedimento: 1. Si prende uno scatolone di cartone e sul fondo si pratica un foro con le stesse dimensioni della lente. 2. Dalla parte interna dello scatolone si fissa con del nastro adesivo la lente in coincidenza del foro 3. Si appoggia lo scatolone su una delle facce laterali, lo si rivolge verso l aula e si introduce dalla parte aperta il foglio di carta da lucido. 7

9 8 Domande che l insegnante potrebbe porre per far riflettere i ragazzi: Cosa vedi? Muovi il foglio e osserva cosa succede. Vedi sempre nello stesso modo? Chiedi ad un compagno di porre davanti alla lente un oggetto. Riesci a vederlo bene? Cosa devi fare, secondo te, per avere un immagine nitida, non sfocata? Se al foro si aggiunge una lente convergente la figura che si vede è molto più piccola di quella reale, è invertita rispetto ad essa ed è a fuoco. La lente convergente rappresenta il sistema di lenti del nostro occhio. Quando la luce passa attraverso di essa viene deviata per il fenomeno della rifrazione. Nel nostro modello, noi muoviamo il foglio di carta da lucido per ottenere l'immagine a fuoco. Nel caso dell'occhio, invece, è fissa la posizione della retina, è il nostro cristallino che, grazie al muscolo ciliare, cambia forma e dimensione a seconda della distanza dei vari oggetti. Esso ci permette così di mettere sempre a fuoco sulla retina oggetti posti a distanze diverse. Nessuna lente artificiale ha questa capacità: nel caso di un oggetto posto vicino per avere l'immagine a fuoco senza spostare il foglio dovremmo cambiare la lente. Cosa dovrebbero notare: I ragazzi dovrebbero notare che inizialmente si vedrà un'immagine capovolta, rimpicciolita, ma confusa: soltanto muovendo il foglio di carta da lucido si potrà mettere a fuoco l'immagine. Esperienza 2.4 Come funziona il cristallino Per vedere distintamente un oggetto è necessario che l immagine che si forma sulla retina sia a fuoco. Se le parti costituenti l occhio fossero fisse ed immobili vi sarebbe una sola distanza oggetto per cui l immagine sarebbe nitida. Con questa esperienza si costruisce un modello di occhio in cui è possibile variare la curvatura della lente e quindi vedere come le immagini poste a più distanze possano rimanere nitide senza spostare lo schermo. Capire il funzionamento del cristallino Capire il funzionamento dell occhio 8

10 9 Materiale Occorrente: Scatolone di cartone con una faccia aperta Tre lenti convergenti morbide (a curvatura variabile) Coltello Foglio di carta traslucida Procedimento: 1. Si prende uno scatolone di cartone e sul fondo si pratica un foro con un diametro di circa 6 cm. 2. Si appoggia sulla cattedra lo scatolone e lo si rivolge con il foro verso l aula 3. Si sovrappongono le tre lenti, e tenendole distese le si avvicinano al foro 4. Si introduce dalla parte aperta il foglio di carta da lucido fino a che l immagine della parete che sta in fondo all aula è nitida 5. Un altro alunno si pone a una distanza di circa 1 1,5 m. Domande che l insegnante potrebbe porre per far riflettere i ragazzi: Cosa vedi? L immagine del tuo compagno è nitida? Prova ora a modificare la curvatura delle lenti? Cosa succede? Le lenti rappresentano il cristallino che, grazie al muscolo ciliare, cambia forma e dimensione a seconda della distanza dei vari oggetti. Esso ci permette così di mettere sempre a fuoco sulla retina oggetti posti a distanze diverse. Cosa dovrebbero notare: I ragazzi dovrebbero notare che inizialmente l'immagine osservata sarà capovolta, ma confusa: muovendo il foglio di carta da lucido si potrà mettere a fuoco l'immagine lontana. Quando si pone un oggetto più vicino l'immagine non sarà più nitida ma basterà cambiare la curvatura delle lenti per averla di nuovo a fuoco. Esperienza 3 I meccanismi della visione in condizione di scarsa luminosità Gli animali notturni, come il gatto o la civetta, hanno occhi specializzati per vedere con un minimo di radiazione. Questo tipo di visione è detto scotopico. Invece gli animali diurni hanno una visione fotopica. Questa esperienza serve a far capire la differenza fra la visione in luce diurna e quella in condizioni di scarsa luminosità. Si avrà così l'occasione di introdurre il diverso ruolo svolto dai coni e dai bastoncelli. Capire i meccanismi della visione in condizione di scarsa luminosità 9

11 10 Materiale Occorrente: Oggetti di vario colore Lampadina regolabile Procedimento: 1. Si rende una stanza il più possibile buia 2. Si entra nella stanza provenendo da un ambiente illuminato e si rimane al buio per circa quindici minuti. Si osserva cosa succede. 3. Si accende la luce e la si spegne dopo un minuto. Si osserva di nuovo quello che succede. 4. Si osservano poi gli oggetti nella stanza guardandoli di fronte e poi con la coda dell'occhio. In quale dei due casi si riesce a vederli meglio? 5. Si prendono tre oggetti di vario colore e si osserva se si riesce a riconoscerli e a riconoscerne il colore. 6. Si varia lentamente l intensità luminosa della lampadina continuando ad osservare i colori e la forma degli oggetti. Domande che l insegnante potrebbe porre per far riflettere i ragazzi: Cosa vedi quando entri in una stanza buia? Riesci a muoverti facilmente in essa? Riesci a riconoscere gli oggetti posti nella stanza? Continui a vedere nello stesso modo anche dopo qualche minuto? Riesci ora a distinguere le forme degli oggetti? E i colori? Riesci a muoverti con facilità nella stanza? Dopo avere acceso e spento di nuovo la luce, devi attendere ancora lo stesso tempo di prima per abituarti al buio? Quando osservi un oggetto in presenza di pochissima luce lo vedi meglio guardandolo direttamente o con la coda dell'occhio? Riesci a distinguere i colori quando la luce è molto scarsa? Man mano che l'intensità della luce aumenta, i colori degli oggetti cambiano o rimangono uguali? Cosa dovrebbero notare: I ragazzi dovrebbero notare che se la stanza è buia, attendendo qualche minuto si avrà inizialmente una visione indistinta degli oggetti. Più passerà il tempo più si riusciranno a distinguere le forme degli oggetti, ma non i colori. Accendendo e spegnendo subito dopo la luce ci si abituerà al buio molto più velocemente. Si vede meglio un oggetto in penombra quando non lo si guarda direttamente. Quando la luce è fioca non si riescono a distinguere i colori: essi cambiano con l'intensità luminosa. In seguito a questa esperienza l insegnante potrebbe far riflettere gli alunni circa la natura dei colori. Per i ragazzi è spesso difficile comprendere che il colore è determinato da più elementi che concorrono tra loro. Sarebbe utile far nascere negli alunni dei dubbi attraverso una serie di osservazioni nell'ambiente circostante, all'interno e all'esterno, in piena luce e in penombra, in diverse situazioni climatiche, in diversi momenti della giornata. Si può consigliare di registrare sul 10

12 11 quaderno il colore di alcuni oggetti che trovano regolarmente andando da casa a scuola nelle diverse ore della giornata e in diverse situazioni atmosferiche (sole, pioggia, nebbia), sforzandosi di descriverne il colore, anche con l'uso di disegni. E' molto probabile che i ragazzi descrivano il colore di uno stesso oggetto utilizzando una terminologia diversa oppure che lo riproducano in maniera differente. Ciò permette all'insegnante di sottolineare le difficoltà legate alla percezione e alla descrizione del colore per cui i ragazzi non saranno più sicuri di considerarlo come una proprietà posseduta dall'oggetto. Seconda fase Ogni gruppo presenterà il risultato delle esperienze alla classe magari attraverso l uso di cartelloni o presentazioni in power point (prodotte con l aiuto dell insegnante di educazione tecnica). Verrà animata una discussione in cui i ragazzi metteranno in luce le osservazioni e i dubbi circa i temi trattati. Terza fase Al termine di queste attività l insegnante dovrebbe presentare una spiegazione teorica del fenomeni indagati attraverso le esperienze, cercando di connetterla il più possibile con le conclusioni ottenute dai ragazzi. Struttura dell'occhio umano e meccanismo della visione fig. 1 l occhio L occhio umano è un organo approssimativamente sferico di diametro uguale a circa 23 mm. È costituito essenzialmente dai seguenti "componenti": un sistema ottico, un sistema di messa a fuoco, l iride, la pupilla e la retina. La parte esterna e' formata da tre strati di tessuto, partendo dall'esterno: La sclera, un rivestimento protettivo che ricopre circa l'80% della superficie oculare. E' unita alla cornea nella parte anteriore. La coroide, molto ricca di vasi sanguigni, che riveste il 60% posteriore del bulbo oculare. E' unita al corpo ciliare 11

13 12 L'iride che si trova nella parte anteriore dell'occhio.?! Il sistema ottico assicura la formazione dell'immagine e comprende in particolare: la cornea, l'umore acqueo, il cristallino e l'umore vitreo (fig. 1). Tale sistema proietta sulla retina un'immagine capovolta e rimpiccolita (fig. 2). È compito del cervello raddrizzare le immagini evitando così che il mondo "venga visto alla rovescia". fig. 2 immagine proiettata sulla retina Il funzionamento del sistema ottico si può spiegare come segue: da ogni punto della zona circostante all'oggetto l'occhio riceve un fascio di raggi luminosi divergenti. Il cristallino, che può essere paragonato ad una lente biconvessa, concentra tutti i raggi procedenti da ogni punto dell'oggetto in un punto della retina. Si forma così un gran numero di punti immagine che, insieme, costituiscono l'immagine retinica dell'oggetto. La cornea è una membrana trasparente, più convessa rispetto al resto dell'occhio, costituita da cinque strati, attraverso la quale la luce penetra all'interno dell'occhio per finire sulla retina. Dietro la cornea c'è una cavità (camera anteriore) che contiene un liquido trasparente e acquoso, l'umor acqueo. Subito dietro c'è il cristallino, che, come detto, rappresenta la lente dell'occhio. Il cristallino è una struttura somigliante a una sfera schiacciata formata da un gran numero di fibre trasparenti disposte in strati; è circondato dal muscolo ciliare, di forma circolare, a cui è collegato da alcuni legamenti. Insieme ai tessuti circostanti, il muscolo ciliare forma il corpo ciliare che, appiattendo il cristallino o arrotondandolo, ne modifica la lunghezza focale, cioè la distanza alla quale esso mette a fuoco le immagini. Si comporta come un obiettivo fotografico, ma senza spostamenti meccanici di parti lungo l'asse ottico. Dietro il cristallino, il bulbo oculare contiene una sostanza gelatinosa trasparente, l'umor vitreo, racchiusa da uno strato membranoso sottile, la membrana ialoidea. La pressione dell'umor vitreo mantiene il bulbo oculare disteso. Il sistema di messa a fuoco è costituito dal cristallino e da una serie di piccoli muscoli. Esso permette di ottenere un'immagine nitida qualunque sia la distanza tra l'occhio e l'oggetto (fig. 3). L'occhio si adatta automaticamente alla distanza fra il cristallino e l'oggetto; questa facoltà va sotto il nome di accomodamento. Quando l'occhio è in riposo la curvatura del cristallino è pressoché nulla e l'occhio stesso è "a fuoco" per l'osservazione di oggetti all'infinito. Con questo accomodamento tutti gli oggetti a distanza maggiore di 6 m sono visti con nitidezza. Per osservare oggetti a distanza minore di 6 m i muscoli cosiddetti ciliari si contraggono aumentando il raggio di curvatura del cristallino che diviene sufficientemente convesso in modo da fornire, anche in questo caso, un'immagine nitida. L'iride, si trova dietro la cornea e davanti al cristallino, è una membrana muscolare, non trasparente, che presenta un'apertura circolare al centro, la pupilla. Il suo compito è quello di regolare la quantità di luce che entra nell'occhio: si comporta come il diaframma nella fotografia tradizionale. L iride inoltre determina il colore dei nostri occhi in base alla pigmentazione di cui e' formata. 12

14 13 fig. 3 sistema di messa a fuoco La retina (fig. 4) costituisce il cuore dell'occhio, uno strato di 0,2 mm. Si comporta come una pellicola fotografica adatta a ricevere impressioni sia in bianco - nero che a colori. È, infatti, una membrana fotosensibile, formata in gran parte da cellule nervose stratificate che poggiano, dal lato esterno della retina, su uno strato pigmentato. fig. 4 la retina Queste cellule si distinguono, a seconda del loro aspetto e della loro funzione, in: coni (fig. 5) responsabili della visione diurna (detta fotopica), permettono un'alta acutezza visiva. Hanno la massima concentrazione nella fovea, fino a per millimetro 13

15 14 quadrato, e presiedono alla percezione del colore e alla nitidezza dei contrasti. Ciascun cono presente nella fovea è collegato ad una cellula nervosa: questa comunicazione diretta con il cervello ci dà la maggiore capacità di discriminazione dei dettagli. bastoncelli (fig. 5) che sono più sensibili dei precedenti alla luce e permettono la visione crepuscolare (detta scotopica) a scarsa acutezza visiva. Sia gli uni che gli altri hanno, infatti il potere di modificare la propria sensibilità a seconda che la luce disponibile sia poca o molta e contribuiscono così a realizzare l'adattamento dell'occhio. fig. 5 cono e bastoncelli Per distinguere i colori, i coni non sono tutti identici, infatti, ne sono presenti di tre tipi sensibili a tre colori fondamentali: il rosso, il verde e il blu. I tre tipi di coni, possiamo dire siano sintonizzati su differenti porzioni dello spettro visibile. coni "rossi": hanno un picco di assorbimento ad una lunghezza d'onda di 565 nm. coni "verdi": hanno un picco di assorbimento ad una lunghezza d'onda 535 nm. coni "blu": hanno un picco di assorbimento ad una lunghezza d'onda 440 nm. In ogni occhio vi sono circa 6 milioni di coni e 120 milioni di bastoncelli: un numero di elementi fotosensibili. I coni sono presenti in numero nettamente inferiore rispetto ai bastoncelli, ciò significa che il nostro occhio ha maggiore potere risolutivo per punti luminosi piuttosto che per punti colorati. Gli impulsi luminosi ricevuti dai coni e dai bastoncelli vengono trasmessi al cervello tramite il nervo ottico. I coni, colpiti dalla luce, subiscono una trasformazione chimica in seguito alla quale inviano un impulso nervoso al cervello che registra la presenza del colore. Il colore, quindi, non è una proprietà intrinseca dell oggetto ma è il risultato di processi che avvengono nel nostro occhio e nel nostro cervello, è una qualità della nostra sensazione, anche se esso dipende dalle proprietà fisiche della sorgente che illumina e dei corpi che vengono illuminati. 14

16 15 Sulla retina, in perfetta opposizione alla pupilla, si trova una piccola zona elissoidale di colore giallo, chiamata macula (fovea centralis), essa corrisponde alla zona di massima acutezza visiva dell'occhio, ossia con maggior concentrazione di coni. Nella fovea le cellule fotosensibili sono rappresentate, infatti, solo da coni. Allontanandosi dalla fovea, compaiono intorno ad essa sempre più bastoncelli che, procedendo verso la periferia della zona sensibile, sostituiscono i coni completamente, all'estremità esterna. Nel punto in cui il nervo ottico penetra nel bulbo oculare si trova una piccola zona rotonda di retina priva di cellule fotosensibili, la papilla ottica, che rappresenta il punto cieco dell'occhio. Quarta fase L insegnante potrà, quindi, chiedere a ciascun alunno di fare un lavoro di ricerca circa gli argomenti trattati, anche con l uso di internet e di alcuni libri che metterà a loro disposizione, al fine di poter dare una valutazione soggettiva a ciascuno studente. 15