ESPERIENZE DI DIFFRAZIONE CON IL LASER

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1 ESPERIENZE DI DIFFRAZIONE CON IL LASER PERCORSO DIDATTICO CORSO DI PERFEZIONAMENTO PERCORSI DIDATTICI DI FISICA E MATEMATICA II DIPARTIMENTO DI FISICA UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SIENA Σιλϖια Χασινι A.A. 2005/06

2 INTRODUZIONE Il percorso iattico i seguito trattato riguara lo stuio el fenomeno ella iffrazione ella luce e elle sue caratteristiche e offre un metoo per la misura el iametro ei globuli rossi per iffrazione utilizzano un raggio laser. CONTESTUALIZZAZIONE E METODOLOGIA Per le caratteristiche ell argomento, il percorso può essere proposto al quarto anno i un corso sperimentale i un liceo scientifico (inirizzo biologico o tecnologico). In questo contesto, infatti la trattazione può essere particolarmente aatta, sia per l ambito ello stuio ella fisica, sia per l interisciplinarietà con altre materie i carattere scientifico.. Il percorso è aatto in questo contesto anche per il metoo i lavoro tipico i un laboratorio i fisica scolastico in quanto necessita i semplici strumentazioni. PERCORSO Tale argomento può essere sviluppato secono la trattazione classica sulla natura onulatoria ella luce sia meiante un inquaramento storico, sia presentano il principio i Huygens, l esperimento i Young, in cui mettere bene in evienza le ipotesi sul fronte ona che investe le feniture (ona piana monocromatica e coerente) e le relazioni esistenti tra le granezze in gioco: feniture puntiformi, ovvero minori ella lunghezza ona, ecc..prima i stuiare le caratteristiche ella iffrazione occorre presentare il fenomeno ell interferenza e analizzare le varie relazioni. A questo punto si passa alla iffrazione mostrano le ovute analogie e ifferenze con l interferenza. Una volta affrontate questi argomenti si possono realizzare numerose semplici esperienze i verifica elle relazioni stuiate per la iffrazione con l utilizzo i materiale i facile reperibilità, come il laser, un banco ottico, ella carta stagnola, ecc. Una i queste è l esperienza proposta i seguito, in cui si sfrutta il fenomeno ella iffrazione el laser per stimare il iametro ei globuli rossi. Tale esperienza può essere realizzata prelevano elle gocce i sangue a iversi ragazzi in moo a ottenere iversi vetrini; alla stima el iametro ei globuli rossi i ciascun vetrino si può poi ottenere il valore meio per tale granezza e confrontarlo poi con i valori stanar 1

3 RELAZIONE DI LABORATORIO MISURA DEL DIAMETRO MEDIO DEI GLOBULI ROSSI PER DIFFRAZIONE SCOPO Scopo principale ell esperienza è riuscire a stimare il iametro meio ei globuli rossi el sangue sfruttano le proprietà ella iffrazione i un raggio laser e confrontarlo con i valori stanar. Attraverso tale stima si verificano anche la valiità elle relazioni tipiche ella iffrazione. APPARECCHIATURE E MATERIALI USATI: Laser (λ = 645 nm), banco ottico, vetrino a microscopio, schermo, supporti per il banco ottico, penna per il prelievo ella goccia i sangue, metro a nastro. MONTAGGIO E DISEGNO SOMMARIO DEL COMPLESSO SPERIMENTALE : Si prepara il vetrino facenovi caere una goccia i sangue prelevata a un ito con la penna e effettuano il normale striscio con l attenzione i non formare un strato spesso i campione i sangue che potrebbe ar luogo a errori nell interpretazione ei ati. Si pone poi il laser He-Ne avanti a un banco ottico in cui si fissa un supporto perl vetrino e uno per lo schermo. Laser Banco ottico V S Disegno ell apparato sperimentale PROCEDIMENTO E ELABORAZIONE DEI DATI: Una volta preisposta la strumentazione, sullo schermo si ottiene una figura i iffrazione che può essere così schematizzata: a b 2

4 Consierano il globulo rosso come un ostacolo circolare per la raiazione inciente si ha il seguente schema: P λ L S Per ricavare il valore el iametro basta sfruttare la relazione approssimata: L λ = K ove K è una costante numerica tipica i ogni massimo e minimo consierato; per il massimo i orine uno K=1,635 Dalla relazione preceente si ha infatti : e per l errore: λl = K L = + L Come valore i λ si è preso quello inicato alla casa costruttrice el laser (645 nm ± 5 nm ). L errore su λ è stato trascurato nel calcolo ell errore su, in quanto molto piccolo rispetto agli altri.le misure L e i sono state eseguite con il metro a nastro. Per quest ultima si ha la ifficoltà i over iniviuare a occhio la posizione el massimo; tale ifficoltà è stata in parte superata misurano i tratti a e b/2 e poi sommano i valori ottenuti. L ± L = (42,0 ± 0,1) cm λ = (645 nm ± 5 nm ) a ± a = (5,5 ± 0,1) cm b ± b = (7,2 ± 0,1) cm ± = (6,3 ± 0,2) cm RISULTATI E OSSERVAZIONI Con i ati ricavati abbiamo innanzi tutto stimato l errore relativo su : 3

5 L = + L = 0,1 42,0 Si è calcolato il valore i : + 0,2 6,3 9 0,2 0,03 = 3% 6,3 λl 1, m m 6 = K = = 7,03 10 m = 7,03µ m 2 6,3 10 m Infine l errore assoluto su : = 0,03 7,03µ m 0, 2µ m CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE 2 Abbiamo quini ottenuto come stima el iametro ei globuli rossi il seguente intervallo: in accoro con i valori stanar fisiologici. ± = (7,0 ± 0,2) µm Inoltre, nonostante le ifficoltà rilevate nella misura i, si è ottenuto un errore relativo el 3%. Riguaro all attenibilità el metoo occorre osservare che il sangue è costituito oltre che ai globuli rossi anche ai globuli bianchi e alle piastrine e quini si pone il ubbiose la presenza i questi influenzi il nostro risultato. Ma, teneno conto elle imensioni i entrambi, la risposta ovrebbe essere negativa: infatti i globuli bianchi, esseno meiamente tre volte più grani i quelli rossi, proucono una figura i iffrazione tre volte più piccola che è quini tutta contenuta all interno el primo massimo i quella ei globuli rossi; mentre le piastrine, esseno circa ieci volte più piccole ei globuli rossi, hanno una figura i iffrazione ieci volte più grane che quini investe uniformemente tutta la figura i iffrazione ei globuli rossi attenuano soltanto il contrasto tra le frange. Un'altra importante consierazione è legata al fatto che la figura i iffrazione ottenuta potrebbe essere ata non a uno solo ma a un reticolo i globuli rossi. Per eliminare questo ubbio si possono confrontare vetrini ello stesso sangue sia senza iluizione sia con iluizione e veere i ottenere gli stessi valori a meno egli errori sperimentali. BIBLIOGRAFIA Beneetti R., Giusti O., Normanno A., Amali PSSC Misura el iametro meio ei globuli rossi Fisica: iee e esperimenti a penolo ai quark - Vol. 2 - Zanichelli Fisica - Vol. A - Zanichelli 4