LA LUCE, I COLORI, LA VISIONE Si è elaborato un percorso sia per la scuola primaria sia per la scuola secondaria di primo grado. I moduli sono indipendenti gli uni dagli altri ma sono presentati secondo un percorso di sviluppo progressivo attraverso l argomento. In realtà, con alcuni adattamenti, approfondimenti o semplificazioni, i percorsi proposti si possono presentare anche a diverse fasce di età. Per alcune delle attività sperimentali proposte è necessario oscurare l aula o il laboratorio almeno parzialmente. SCUOLA PRIMARIA Fino alla terza classe della primaria si possono svolgere percorsi didattici fatti di osservazione, e rielaborazione sotto forma di narrazione scritta e grafica. In particolare sono stati presi in considerazione i seguenti temi: Le sorgenti di luce Riconoscere la capacità di alcuni corpi di emettere luce da soli e di rendere visibili gli altri oggetti Osservare in aula alcune sorgenti di luce: lampadine, candela, scintille,led. Descrivere la luce prodotta e notare se questi corpi oltre che fare luce fanno anche altro (riscaldano, emettono suoni). Elencare o individuare altre sorgenti di luce oltre quelle osservate (il sole, le stelle, le lucciole, metalli incandescenti, ecc.) 1
La propagazione della luce Comprendere che la propagazione della luce nell aria avviene in linea retta e che l occhio vede solo se non ci sono ostacoli verso l oggetto-sorgente. Mettere un oggetto o una candela accesa nascosti da due schermi (di cartoncino) ciascuno con un foro nel centro. Sarà possibile vedere l oggetto solo se i fori sono allineati con questo. L allineamento può essere messo in evidenza usando un asta o un filo teso passante per i due fori. si vede luce non si vede luce Le ombre Capire la relazione tra la posizione del sole e la lunghezza delle ombre. Capire la relazione tra la distanza dell oggetto dalla sorgente di luce e le dimensioni dell ombra. Osservare le ombre formate alla luce del sole dalle persone o da altri oggetti, anche un semplice palo, possibilmente in momenti diversi della giornata. Osservare le ombre create da un candela (occorre una stanza buia) su una parete e valutare cosa succede avvicinando e allontanando l oggetto dalla candela. 2
Per le classi quarta e quinta della primaria sono stati esaminati i seguenti percorsi: La riflessione della luce. Capire come la luce rimbalza su uno specchio o su altre superfici parzialmente riflettenti (vetri, superficie dell acqua, superficie dei metalli). Osservare la simmetria che si crea con un immagine riflessa. Osservare come la forma della superficie dello specchio influenza l immagine riflessa (deformata, rimpicciolita, ingrandita, capovolta...) Osservare le ombre formate alla luce del sole dalle persone o da altri oggetti, anche un semplice palo, possibilmente in momenti diversi della giornata. Osservare come gli specchi fanno rimbalzare la luce. Usando uno specchio per il viso deviare la luce del sole o la luce di una pila in una parete non illuminata. Quando ci si guarda allo specchio si vede la luce che rimbalza indietro dallo specchio. Ma l immagine dello specchio non è identica a noi. Cosa succede ad una parola scritta? Scrivere una parola al rovescio e leggerla diritta allo specchio. Le immagini allo specchio si collegano anche alla geometria e sono utili per discutere le simmetrie. Che cosa succede se lo specchio non è piatto? Come appare la nostra immagine se ci guardiamo riflessi in un cucchiaio nella parte concava o in quella convessa? In questo ambito sono proponibili attività pratiche come la costruzione di un periscopio o di un caleidoscopio. La rifrazione della luce. Osservare e capire che la luce quando passa da un corpo trasparente ad un altro viene deviata, non si muove più in linea retta. La luce che esce da un oggetto sott acqua viene deviata e appaiono fenomeni curiosi. Prendere due bicchieri uno vuoto e uno pieno d acqua, disporli vicini e guardarli un po in obliquo dall alto. Quale appare meno profondo? Osservare cosa succede ad una matita immersa per metà in un bicchiere d acqua (meglio se si dispone di un recipiente trasparente con pareti piane). 3
La scomposizione e la composizione della luce Osservare che la luce bianca è il risultato della sovrapposizione di tutti i colori, mentre il nero è l assenza di qualsiasi colore. Osservare come scomporre la luce bianca o come comporre i colori per ottenere la luce bianca Per scomporre la luce sono disponibili semplici alternative: usando un prisma di vetro, usando una bacinella piena d acqua con uno specchio immerso in obliquo, usando un CD illuminato con una pila in obliquo (anche una penna di plastica come le tradizionali bic si posso usare con risultati meno evidenti). Costruire un disco di Newton con un cartoncino e una matita come asse e farlo girare come una trottola e osservarne il colore risultante. Si possono costruire anche varianti con meno colori ed ottenere i colori secondari. Osservazione. Il fenomeno fisico che porta alla separazione dei colori nel prisma non è lo stesso di quello che si verifica nel CD, nel prisma e nell acqua entra in gioco la diversa velocità con cui i colori si propagano nelle sostanze trasparenti, mentre nel CD entra in gioco la diffrazione, un fenomeno tipico delle onde che si manifesta quando un onda passa attraverso fessure confrontabili con la lunghezza d onda dell onda stessa. 4
Luce ed energia Capire che alla luce è associato un trasporto di energia in grado di riscaldare (ma anche di fare altro come permettere alle piante di crescere) Un corpo tenuto al sole si riscalda, uno tenuto all ombra rimane più freddo. Per la prova di può mettere della sabbia con un termometro al sole, e una quantità uguale all ombra. Dopo del tempo si possono leggere le temperature e trarne le conseguenze. Occorre procurarsi dei semplici termometri digitali con sonda esterna. Ridiscutere il modello sul colore dei corpi in relazione al riscaldamento dei corpi di colore chiaro o di colore scuro. Un oggetto nero assorbe la luce e si riscalda di più di un oggetto uguale di colore bianco. Mettere al sole scatole uguali ma di colore diverso, almeno una nera e una bianca, con la possibilità di misurare la temperatura all interno con un termometro meglio se si ha un termometro fisso in ogni scatola. Osservare i cambiamenti di temperatura. La induce trasformazioni chimiche: lasciare per un lungo periodo al sole un foglio con tracce di pennarelli e confrontarlo con un foglio uguale conservato al buio. La percezione e le illusioni ottiche Prendere consapevolezza che la vista, l occhio possono essere ingannati in situazioni particolari. Capire che l occhio non distingue immagini che si sovrappongono velocemente. Osservare e riprodurre illusioni ottiche geometriche. Usare righelli e centimetri per smascherare l illusione. Costure illusioni ottiche legate alla percezione di immagini in movimento o in rapida successione. Disegnare figure geometriche che in base alla colorazione producono una percezione tridimensionale diversa. 5
SCUOLA SECONDARIA DI PRIMO GRADO Per le classi della scuola secondaria di primo grado si possono riprendere i percorsi della primaria trattati in modo più approfondito e con un maggior modellizzazione dei fenomeni osservati. In particolare si indicano i seguenti temi. La propagazione e la percezione della luce. Comprendere che la propagazione della luce nell aria avviene in linea retta e che l occhio vede solo se non ci sono ostacoli verso l oggetto-sorgente e che è visibile sono la luce che è diretta verso l occhio. Astrarre il concetto di raggio di luce. Capire che in un punto possono passare due o più raggi di luce per poi proseguire La propagazione della luce in linea retta può essere dimostrata con un puntatore laser il cui raggio si propaga attraverso del pulviscolo o in una vasca trasparente piena d acqua con qualche goccia di latte o altra sostanza capace di evidenziare il raggio di luce. Osservare come un raggio di luce non diretto verso i nostri occhi non sia visibile. Occorre nascondere la sorgente agli occhi dell osservatore Mostrare come due o più fasci di luce prodotti con delle torce elettriche si sovrappongono senza che si influenzino vicendevolmente (comportamento proprio delle onde). Un attività pratica può essere la costruzione di una camera oscura. La riflessione Osservare la legge di della riflessione di un raggio di luce da parte di uno specchio piano. Individuare il percorso dei raggi di luce dall oggetto all occhio dell osservatore. Usando un proiettore o un puntatore laser è possibile osservare la legge della riflessione e studiare l uguaglianza fra gli angoli di incidenza e di riflessione. Quali superfici sono in grado di riflettere la luce come gli specchi? Cercare altri materiali riflettenti ed osservarne e descrivere le proprietà di riflettere la luce. Usando specchi concavi e convessi osservarne le proprietà di far convergere o divergere un fascio di luce incidente. 6
La rifrazione Conoscere il comportamento di un raggio di luce che passa dall aria ad un altro materiale trasparente (vetro, plastica, acqua) e viceversa. Individuare la relazione qualitativa tra gli angoli di incidenza e di uscita (rifrazione) del raggio Conoscere il fenomeno della riflessione totale Usando una vasca rettangolare trasparente, dell acqua con qualche goccia di latte e un puntatore laser è possibile mostrare il fenomeno della riflessione totale. Osservare il comportamento di un raggio di luce che incide in un semicerchio di plexiglas variandone l inclinazione rispetto alla superficie piana. Studiare le proprietà delle lenti convergenti, in particolare si può individuare il fuoco e osservare la proprietà di una lente di ingrandire o rimpicciolire su uno schermo l immagine di un oggetto capovolgendolo. Oltre il visibile Osservare l esistenza dei raggi infrarossi, un tipo di onde elettromagnetiche emesse dai corpi caldi. Usando un fornelletto elettrico sperimentare irraggiamento di energia con comportamento analogo a quello della luce emessa da una lampadina o una candela: più si è vicini più si sente calore, uno schermo non fa trasmettere il calore, due schermi forati trasmettono il calore solo se i fori sono allineati con la sorgente. Nel caso si avessero le competenze, si possono eseguire fotografie con pellicole sensibili all infrarosso come ulteriore prova dell esistenza di altre onde elettromagnetiche. 7