1^ Parte. Percorso didattico per la scuola Primaria e Secondaria di 1 grado

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1 1^ Parte Percorso didattico per la scuola Primaria e Secondaria di 1 grado

2 CHE COS È LA LUCE? La luce è una forma particolare di energia, detta energia raggiante o luminosa, dovuta a onde luminose emesse da un qualsiasi corpo incandescente. L emissione della luce è dovuta a: Riscaldamento di corpi solidi Scariche elettriche Alcune reazioni chimiche

3 CORPI LUMINOSI E CORPI ILLUMINATI La più grande sorgente di luce per la terra è certamente il Sole, la cui capacità di illuminare il nostro pianeta non è paragonabile a quella di nessuna altra sorgente.

4 Il Sole, le stelle, una lampada o una candela accese, un fiammifero, che emettono luce propria, naturale o artificiale, vengono detti sorgenti di luce o corpi luminosi.

5 Tutti gli oggetti che non emettono luce propria e diventano visibili solo quando vengono colpiti dalla luce di una sorgente luminosa sono recettori di luce e vengono detti corpi illuminati. I corpi illuminati non si comportano tutti allo stesso modo quando vengono colpiti dalla luce.

6 ESPERIENZE IN AULA OSCURATA: DISTINZIONE FRA OGGETTI LUMINOSI E OGGETTI ILLUMINATI (SORGENTI PRIMARIE E SECONDARIE) Le onde luminose partono dai corpi luminosi ed arrivano fino a noi;un oggetto che non produce luce, come per esempio una sedia è, viceversa, visibile solo se nell ambiente in cui si trova c è una fonte di luce.

7 CORPI TRASPARENTI, OPACHI E TRASLUCIDI La luce emessa da una sorgente luminosa, si propaga in linea retta in tutte le direzioni e va a colpire gli oggetti che, a seconda del materiale di cui sono fatti, si comportano in modo diverso quando vengono illuminati. Alcuni, come il vetro, lasciano passare la luce; altri, come il legno, costituiscono una barriera impenetrabile alla luce visibile; altri infine, come un foglio di carta velina, manifestano un comportamento intermedio.

8 1 ESPERIMENTO Occorrente: Un proiettore di diapositive un foglio rettangolare di plexiglas di 20x30 cm circa e spessi alcuni millimetri Un foglio di cartoncino nero formato A4 Un foglio di carta da lucido formato A4 Forbici Nastro adesivo Osservare un oggetto qualsiasi attraverso il foglio di plexiglas trasparente: le linee dell oggetto sono definite e chiaramente riconoscibili. Ripetere l operazione utilizzando il foglio di cartone al posto del foglio trasparente: l oggetto non risulta visibile. Osservare quindi sempre lo stesso oggetto attraverso il foglio di plexiglas rivestito con la carta da lucido: le linee dell oggetto appaiono confuse e soltanto la sagoma dell oggetto è riconoscibile.

9 I corpi illuminati possono quindi essere: TRASPARENTI, se lasciano passare la luce e permettono così di vedere gli oggetti che stanno dietro di loro; OPACHI, se non lasciano passare la luce e nascondono completamente gli oggetti che stanno dietro di loro; TRASLUCIDI, se lasciano passare solo in parte la luce e non permettono di distinguere nitidamente gli oggetti dietro di loro. La suddetta classificazione non è sempre rigorosa, perché l opacità e la trasparenza di un corpo possono dipendere oltre che dal materiale di cui sono formati, anche dalla consistenza, ossia dallo SPESSORE: per es. l acqua del mare risulta trasparente vicino alla battigia, ma al largo è opaca e non lascia vedere il fondo, a causa dello spessore che raggiunge.

10 INTERAZIONE LUCE - CORPI SCOPRIAMO IL COMPORTAMENTO DEI CORPI IN RELAZIONE ALLA LUCE MATERIALE OCCORRENTE: torcia oggetti diversi per materiale e tipo di superficie (lucida,opaca,chiara, scura,ruvida, trasparente, traslucida) FA PASSARE LA LUCE? LA LUCE VIENE FERMATA? I CONTORNI DELLA SORGENTE SI DISTINGUONO IN MODO NETTO O SFUMATO? LASTRA DI VETRO FOGLIO DI PLASTICA PIATTO DI PORCELLANA SPECCHIO TAVOLETTA DI LEGNO BICCHIERE CARTA VELINA

11 COSA OSSERVIAMO? La luce passa facilmente attraverso alcuni corpi, permettendo di vedere i particolari della sorgente luminosa. La luce passa solo in parte attraverso alcuni corpi, che non consentono di vedere in modo nitido i contorni della sorgente luminosa che sta al di là del corpo stesso. La luce viene bloccata da quei corpi che, per la loro consistenza e per il materiale di cui sono costituiti, non la fanno passare. Dietro tali corpi si forma l ombra

12 COME SI PROPAGA LA LUCE? La luce si propaga in tutte le direzioni e viaggia in linea retta. Occorrente: cartoncino candela 1 ESPERIMENTO Prendere un tubo di cartone flessibile e guardare attraverso di esso una candela accesa. Questa è visibile soltanto se il tubo si trova in linea retta fra il nostro occhio e la candela.

13 Occorrente: Un proiettore di diapositive Un puntatore laser 2 ESPERIMENTO Si osservano dapprima dei raggi di luce bianca e rossa. Per la luce bianca si può osservare il fascio di luce proveniente da un proiettore di diapositive, evidenziato dal pulviscolo presente nell'aria. Per la luce rossa si può usare un puntatore laser. I raggi di luce si possono evidenziare ulteriormente con della polvere di gesso o talco, ma per evitare di inalare polveri fastidiose può venir utilizzato il fumo proveniente da alcuni bastoncini di incenso.

14 3 ESPERIMENTO Osservare la luce che passa attraverso un cartoncino nero con una sagoma. Occorrente: Una sorgente di luce (lampada da tavolo o torcia elettrica) Uno o più cartoncini neri (formato A4 o maggiore) su cui praticare delle sagome. Uno schermo su cui osservare la traccia luminosa (ad esempio un foglio di carta bianco)

15 4 ESPERIMENTO Occorrente: Una torcia Talco, gesso, bastoncini di incenso Cartoncino nero Stoffa nera Un righello Una matita Forbici Ritagliare nel cartoncino nero due quadrati di 10 cm di lato e fare un foro su ciascuno utilizzando la punta di una matita. Mettere la torcia dietro al foro di un solo cartoncino: si vedrà che la luce passa attraverso il foro.

16 Sistemare dietro al primo cartoncino anche il secondo: la luce si vedrà solo se i fori sono allineati, mentre sparisce se uno dei cartoncini viene spostato facendo mancare l'allineamento dei fori. Si possono sistemare i cartoncini su delle fessure praticate su un bastone, costruendo così un rudimentale banco ottico. I fori nei cartoncini vanno praticati con precisione, senza lasciare delle imperfezioni sui bordi, per evitare fenomeni di interferenza. Nel caso la torcia sia troppo estesa, può essere utile schermarla fissando con un elastico della stoffa nera e spessa, in cui si è praticato un forellino.

17 5 ESPERIMENTO Occorrente uno schermo in cartone pinzette per carta o oggetti pesanti per sostenere lo schermo uno spago un oggetto con anello a cui annodare lo spago Cosa fare e cosa osservare Legare uno spago ad un oggetto con un occhiello e porre uno schermo tra sé e lo spago. Tenere lo spago vicino all occhio, alzarsi fino a quando si riesce a vedere l oggetto al di là dello schermo ed osservare la posizione dello spago nel momento in cui l oggetto diventa visibile.

18 1. Così l oggetto non si può vedere; lo spago forma una linea spezzata. 2. Anche così l oggetto non è visibile; lo spago forma ancora una linea spezzata. 3. Così l oggetto è visibile. Lo spago è allineato lungo una retta. Cosa accade? Lo spago rappresenta il fascio di luce che, diffuso dall oggetto, raggiunge il nostro occhio permettendoci di vederlo. Il fatto che vediamo l oggetto solo quando lo spago è in linea retta dimostra che la luce viaggia in linea retta.

19 ALTRE ESPERIENZE Si può osservare comunemente la propagazione rettilinea della luce: i raggi di sole che passano tra le nuvole dopo un temporale, i raggi di sole che penetrano in una stanza buia attraverso le fessure di una tapparella, il fascio di luce dei fari antinebbia nella nebbia fitta, i raggi di sole che penetrano nella penombra del sottobosco attraverso le foglie degli alberi.

20 LUCE E OMBRA Quando la luce colpisce un oggetto opaco, questo forma un ombra nella zona dove non arriva la luce. Se mettiamo la mano sotto ad una lampada da tavolo molto potente, potremo vedere due diversi tipi di ombra: al centro vi è un ombra molto scura, attorno al bordo vi è una striscia di ombra molto più chiara. La zona più scura è la vera e propria ombra dove i raggi di luce sono stati bloccati totalmente; l ombra più chiara, chiamata penombra, si forma dove una certa quantità di luce scivola attorno ai bordi della mano.

21 Giorno e notte sono in realtà solo luce e ombra. La Terra ruota attorno al proprio asse mentre ruota attorno al Sole: quindi in ogni momento metà della Terra è rivolta verso il Sole, ed è giorno, l altra metà è all ombra della Terra stessa, ed è notte.

22 Quando la Terra si trova direttamente fra il Sole e la Luna, la Luna entra nell ombra della Terra e diviene scura: questa condizione è chiamata eclissi lunare.

23 Un eclissi solare avviene quando il Sole, la Luna e la Terra sono su una stessa linea. La Luna, passando fra il Sole e la Terra, getta un ombra sopra una parte della Terra. L ombra della Luna nasconde il Sole.

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25 LA LUCE E LE PIANTE La luce è l elemento fondamentale per la vita delle piante La luce è la parte di radiazioni visibili che vengono assorbite dalle piante e partecipano al loro processo di nutrizione : la Fotosintesi clorofilliana I pigmenti presenti nelle piante capaci di assorbire la luce sono principalmente le clorofille a e b che catturano radiazioni di lunghezza d onda corrispondenti al rossoarancione e all azzurro violetto. Esse non assorbono la luce nella parte verde dello spettro,ma la riflettono. E questo il motivo per cui le foglie sono verdi.

26 I CLOROPLASTI Gli organelli cellulari specializzati per la fotosintesi sono i cloroplasti Essi sono dotati di un doppio sistema di membrane con all interno un insieme di sacchettini appiattiti detti Tilacoidi All interno della membrana dei tilacoidi troviamo la clorofilla, che insieme ad altre molecole forma delle strutture dette fotosistemi (Fotosistema I e Fotosistema II ). 1 ESPERIENZA LABORATORIALE Visione dei cloroplasti al microscopio

27 1 FASE DELLA FOTOSINTESI: FASE LUMINOSA Avviene all interno della membrana dei Tilacoidi La clorofilla cattura l energia solare che viene trasformata in corrente elettrica (catena di trasporto di elettroni). Tale corrente viene utilizzata sia per produrre alcune molecole di ATP,che per spezzare le molecole di acqua che arrivano alle foglie dal terreno attraverso le radici. L ossigeno viene liberato ed esce dalle foglie attraverso aperture specializzate dette stomi mentre l idrogeno è temporaneamente donato agli NADPH

28 2 FASE DELLA FOTOSINTESI : FASE OSCURA Avviene nello stroma (soluzione che occupa lo spazio tra i tilacoidi e la membrana interna dei cloroplasti). L energia contenuta nell ATP e nelle molecole di NADPH viene utilizzata per produrre glucosio a partire dalla CO2 entrata attraverso gli stomi delle foglie e dall idrogeno derivante dall acqua. La sintesi del glucosio che avviene a partire dall anidride carbonica e dall acqua può essere riassunta dalla seguente reazione: 6CO2 +6H2O C6H12O6+6O2

29 2 ESPERIENZA LABORATORIALE Estrazione dei pigmenti delle foglie e cromatografia Occorrente: foglie di spinaci, menta, ecc. mortaio e pestello alcool etilico 95 carta da filtro provette portaprovette piastra riscaldante becher pipette

30 3 ESPERIENZA LABORATORIALE Presenza di amido nelle foglie Occorrente: foglie di geranio cartoncino nero alcool etilico pentolino piastra elettrica tintura di iodio

31 4 ESPERIENZA LABORATORIALE Presenza di zuccheri nelle foglie Occorrente: foglie di varie piante Reattivo di Fehling A e reattivo di Fehling B acqua pipette provette piastra elettrica mortaio e pestello

32 In base alla richiesta di luce le piante vengono distinte in : Brevidiurne - per fiorire richiedono un periodo di buio giornaliero più lungo rispetto alle altre specie. Longidiurne - Fioriscono solo se ricevono luce per più tempo rispetto alle altre specie. Neutrodiurne - Non hanno esigenze di luce particolari per la fioritura.

33 Oltre alla durata di ore di luce importante per le piante è anche l intensità della luce. Nelle specie denominate eliofile, il massimo d'attività fotosintetica si realizza per valori elevati di luminosità Nelle specie sciafile, invece il massimo di fotosintesi si raggiunge rapidamente e per valori modesti di luminosità

34 COME CRESCONO LE PIANTE AL BUIO? Per capire quale importanza ha la luce per le piante ed osservare quali differenze ci sono tra le piante cresciute al buio e quelle cresciute alla luce, proponiamo alcuni esperimenti: 1.mettere dentro un armadio, completamente al buio, un vasetto con alcuni semi di fagiolo nascosti sotto terra; 2.coprire la foglia di una piantina di fagiolo con della carta alluminio; 3.mettere una piantina di fagiolo dentro una scatola di cartone che ha un buco su una delle sue pareti.

35 Dopo una decina di giorni succede che nel vasetto chiuso dentro l armadio non è spuntata nessuna foglia; la foglia coperta dalla carta stagnola si è "ristretta" ed è appassita un pochino;

36 la piantina chiusa dentro la scatola con un buco è cresciuta: il nuovo rametto è sottile, sottile, il suo colore è di un verde molto chiaro, quasi bianco; Il rametto è arrivato fino al soffitto della scatola e poi si è incurvato verso il buco;le foglie che erano già cresciute prima di essere messe dentro alla scatola sono ingiallite e morte. Senza la luce le piante non crescono o, se crescono, sono deboli e pallide. Le foglie che non ricevono la luce ingialliscono e lentamente seccano.

37 LA LUCE SI RIFLETTE La luce può essere riflessa da una superficie. A seconda del grado di finitura della superficie, la riflessione può essere speculare o diffusa. 1 Esperimento Osservare la riflessione della luce da superfici con grado di finitura diverso. Occorrente: una sorgente luminosa (torcia) 3 tavolette di legno (dimensioni 5 x 10 cm) uno specchio piano (dimensioni 5 x 10 cm) un foglio di carta alluminio (da cucina) da 5 x 10 cm fogli di carta bianchi e neri

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39 LA LUCE SI RIFLETTE La luce può subire riflessioni multiple, ad esempio da 2 specchi posti ad un certo angolo relativo. 2 ESPERIMENTO Osservare il numero di immagini create da due specchi posti ad un certo angolo relativo. Occorrente: una sorgente luminosa (torcia) due specchi piani (dimensioni 5 x 10 cm) montati su un supporto in legno un piccolo oggetto posto tra gli specchi

40 Quando l oggetto è posto di fronte ai due specchi che convergono fra di loro, l immagine dell oggetto sarà moltiplicata. Quando l oggetto è posto di fronte ai due specchi allineati fra di loro, l immagine dell oggetto sarà unica.

41 LA RIFRAZIONE 1 ESPERIMENTO: la parola che viene a galla. Occorrente: contenitore di plastica un pennarello acqua. Scrivere con un pennarello indelebile una parola sul fondo del contenitore, allontanarsi finchè non si riesce più a vedere la scritta. Restare fermo e chiedere ad un compagno di versare dell acqua nel recipiente ed all improvviso LA PAROLA VIENE A GALLA.

42 La parola scritta sul fondo del contenitore si vede solo perché le lettere riflettono verso i nostri occhi dei raggi luminosi. Senz acqua i raggi riflessi dalla scritta si muovono in linea retta, allontanandosi dal recipiente la parola scompare perché i raggi riflessi vengono bloccati dal bordo e non raggiungono i nostri occhi. Con l acqua i raggi riflessi dalla scritta subiscono, al passaggio acqua-aria, una deviazione, ciò fa si che i raggi, ora, possano raggiungere i nostri occhi.

43 2 ESPERIMENTO: la rifrazione degli spaghetti Occorrente: un bicchiere di vetro o di plastica trasparente acqua uno spaghetto o un cucchiaio Mettere dell acqua nel bicchiere ed inserire lo spaghetto. Questo sembrerà spezzato. Questa è un illusione ottica dovuta al fenomeno della rifrazione. Il fenomeno della rifrazione delle onde si verifica quando un onda passa da un mezzo materiale ad un altro. Il raggio viene deviato e prosegue nel secondo mezzo.

44 Se passa da un mezzo meno denso (aria) a uno più denso (acqua) si avvicina alla normale, viceversa si allontana. Il raggio che penetra nel secondo mezzo si chiama rifratto, l angolo che si forma con la normale si chiama angolo di rifrazione. Noi vediamo gli spaghetti perché la luce riflessa e poi rifratta giunge ai nostri occhi, che inviano tale messaggio luminoso al cervello. Il cervello nella ricostruzione dell immagine applica solo la legge di propagazione rettilinea della luce e non le leggi della rifrazione. Questo principio è alla base di tutte le illusioni ottiche.

45 RIFLESSIONE E RIFRAZIONE DELLA LUCE Se un raggio di luce incontra la superficie di separazione di due mezzi trasparenti, in parte si riflette, ritornando nel primo mezzo, in parte si rifrange, penetrando nel secondo mezzo, dove si propaga con direzione diversa da quella del raggio incidente.

46 1 ESPERIMENTO SULLA RIFLESSIONE Occorrente: Cartoncino bianco Torcia elettrica Cartoncino nero Goniometro Specchio Praticare un forellino nel cartoncino nero e porre quest ultimo davanti alla torcia, in modo da renderla una sorgente puntiforme. Poi disegnare, sul cartoncino bianco, la sagoma del goniometro e sistemarlo sul piano di un tavolo, perpendicolarmente allo specchio. Dirigere quindi il raggio luminoso (raggio incidente) della torcia sul cartonino bianco, in modo da colpire il centro del goniometro. Esso viene riflesso (raggio riflesso) con un angolo uguale a quello incidente. CONCLUSIONE Quando un raggio luminoso viene riflesso da un corpo lucido e levigato, l angolo di incidenza è uguale all angolo riflesso.

47 L'arcobaleno è un fenomeno ottico e meteorologico che produce uno spettro (quasi) continuo di luce nel cielo quando il Sole si riflette sulle gocce rimaste in sospensione dopo un temporale, o presso una cascata o una fontana.

48 Visivamente è un arco multicolore, rosso sull'esterno e viola sulla parte interna; la sequenza completa è rosso, arancione, giallo, verde, azzurro, indaco e violetto. Esso è la conseguenza della dispersione e dalla rifrazione della luce solare contro le pareti delle gocce stesse. In rari casi, un arcobaleno lunare, o notturno, può essere visto nelle notti di forte luce lunare. Ma, dato che la percezione umana dei colori in condizioni di poca luminosità è scarsa, gli arcobaleni lunari sono percepiti come bianchi.

49 UN ARCOBALENO ARTIFICIALE 1 Esperimento Per ottenere facilmente un arcobaleno si fa scorrere rapidamente un dito sulle setole bagnate di uno spazzolino da unghie in modo che ogni setola, risollevandosi di scatto dopo essere stata piegata, lanci in aria una gocciolina d acqua. Questo esperimento può essere svolto al sole o con l ausilio di una torcia elettrica.

50 2 Esperimento Disporre una bottiglia di cristallo (o un bicchiere) piena d acqua tra una torcia ed uno schermo, in modo tale che su di esso si formi lo spettro di colori che compongono la luce bianca, analogamente a quanto visto per il prisma.

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53 Esperimento: luce bianca su un prisma di cristallo Un prisma è un pezzo di cristallo tagliato a forma di triangolo, con le facce liscie. Quando la luce bianca attraversa un prisma viene scomposta in tanti COLORI Questo fenomeno fisico si chiama DISPERSIONE

54 La luce bianca, quindi, e` composta da tanti colori. Ogni colore è una forma di luce un po diversa dall altra, che viene deviata dal vetro ad angoli diversi, ed è per questo che si riescono a distinguere. Quando sono tutti assieme formano la luce bianca.

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