Liceo scientifico G. Aselli, Cremona, a.s. 2008/2009
Classe IV A- IV E
Relazione a cura di:
Bellini Michele
Compagnoni Francesca
Lazzari Simone
Oliva Alberto
Tomasoni Isabella
Valmarin Sergio
Introduzione
Quella parte della fisica che si occupa dell’ottica
e della luce non solo deve studiare i fenomeni
luminosi, il modo in cui si comportano le onde,
come viaggiano nello spazio e che effetti
producono, ma deve fare i conti anche e
soprattutto con la PERCEZIONE UMANA. E’
infatti attraverso lo studio dell’occhio umano e
della sua anatomia che siamo riusciti a studiare
la luce, in quanto l’occhio è la nostra finestra sul
mondo e da quello gli scienziati sono partiti
nelle loro indagini.
In questa sezione ci occuperemo di:
• Presentare gli strumenti ottici più
importanti
• Accennarne la storia
• Definirne le caratteristiche principali
Il Cannocchiale
• Ideato in Olanda (1608) e
•
•
•
perfezionato da Galileo (1609),
che lo adattò per l'osservazione
dei corpi celesti
Fra le parti fondamentali del
cannocchiale, le lenti, si possono
distinguere due differenti tipi:
l'obiettivo e l'oculare.
L'obiettivo forma sul suo piano
focale l'immagine dell'oggetto
osservato
l'oculare serve sia come lente di
ingrandimento sia ad osservare
l'immagine
Il Telescopio
I telescopi si dividono in:
-
telescopi ottici  operanti
nelle frequenze di luce visibile;
-
telescopi più sensibili
 per
l’osservazione delle frequenze
assorbite dall’atmosfera
(microonde, infrarosso,
ultravioletto, ecc.)
Il Telescopio Ottico
•
La nascita si suol far risalire a
Galileo il quale ne mostrò la
prima applicazione a Venezia
•
I telescopi ottici si dividono a
loro volta in due gruppi:
RIFLETTORI e RIFRATTORI
•
•
Il corpo principale è detto
Tubo Ottico
La montatura deve essere
improntata alla massima
rigidità
Caratteristiche
- Diametro: apertura dell’obiettivo ottico
- Lunghezza focale: misura del percorso ottico della luce
all'interno del tubo ottico, dal suo ingresso nell'obiettivo sino al
fuoco dell'oculare
- Rapporto tra focale e diametro: individua la luminosità dello
stesso e quindi la sua attitudine a ricevere informazioni luminose.
- Potere di risoluzione :un telescopio di un certo diametro può
risolvere fino ad un certo punto
- Ingrandimento: dipende dalla lunghezza focale del telescopio e
dall'oculare utilizzato. Dividendo la lunghezza focale per quella
dell'oculare si ottengono gli ingrandimenti
Il Microscopio
Il microscopio è uno strumento
capace di fornire un’immagine
ingrandita di un piccolo
oggetto osservato attraverso di
esso
A seconda della radiazione per
illuminare il campione si divide
in:
- OTTICO
- ELETTRONICO
Principali caratteristiche:
• Potere di ingrandimento: rapporto tra la dimensione
dell’immagine ingrandita e quella dell’oggetto osservato.
Si è arrivati ad un massimo ingrandimento di circa 1000x
• Potere di risoluzione: reciproco della distanza minima tra due
punti che lo strumento è in grado di far apparire come distinti.
Tuttavia il potere di risoluzione è limitato dalla diffrazione, che rende
impossibile percepire distintamente un oggetto di dimensioni pari a
quelle della lunghezza d’onda.
Il Microscopio Ottico
Esistono due tipi di microscopi
ottici:
- semplice se composto da un
solo sistema di lenti o
addirittura da una sola;
- composto se costituito da
almeno due sistemi di lenti
L’illuminazione del campione può
essere:
- a trasmissione (o a campo
chiaro) e
- a diffusione (o a campo scuro)
In questa sezione ci occuperemo di:
• Definire l’anatomia dell’occhio nelle sue parti
• Spiegare il meccanismo della visione umana in
•
paragone a una macchina fotografica
Osservare le qualità e i limiti dell’occhio umano
anche attraverso lo studio delle sue malattie
ANATOMIA DELL’OCCHIO
L’occhio è costituito da tre tuniche con funzioni e strutture diverse:
• Quella esterna è fibrosa
•
•
ed è costituita dalla sclera
e dalla cornea.
Quella mediana è detta
vascolare e comprende la
coroide, il corpo ciliare,
l’iride e la pupilla.
Quella più esterna è di
natura nervosa e include
la retina.
L’occhio è un organo pressoché sferico costituito da
diversi elementi rifrangenti:
•
•
•
•
Cornea
Umor acqueo
Cristallino
Umor vitreo
• La cornea è una sottile pellicola trasparente che
•
•
•
chiude anteriormente l’occhio ed ha la forma di una
calotta sferica.
L’umor acqueo è un liquido composto da acqua, sali
e sostanze proteiche.
Il cristallino è un mezzo trasparente che fa
convergere sulla retina i raggi luminosi.
L’umor vitreo è una sostanza gelatinosa trasparente
che riempie totalmente l’occhio e mantiene la forma
della cornea.
La retina
La retina è la parte più
importante dell’organo visivo.
Essa è una membrana
caratterizzata da una
complessa struttura a strati. La
retina tappezza interiormente
tutto l'occhio ed è una
struttura assai complessa. La
porzione sensibile è la parte
posteriore dove si addensano
numerose cellule sensoriali
(fotorecettori) che si possono
considerare gli elementi
terminali delle fibre bel nervo
ottico. Per la loro forma queste
cellule sensoriali vengono
chiamate coni e bastoncelli.
Coni e bastoncelli
Coni
• Preposti alla luce diurna e
•
del colore
Richiuedono intensità
luminose di un certo
valore
Bastoncelli
• Più grandi dei coni
• Maggiormente sensibili
•
alla luce
Adatti alla visione
notturna ma non sono
sensibili ai colori
Sia nei coni, sia nei bastoncelli la radiazione luminosa, più o meno intensa, eccita il
pigmento contenuto nella loro parte più esterna. Questa prima reazione fotochimica
innesca un processo attraverso il quale il segnale viene trasmesso al nervo ottico e
assimilato dal cervello.
All’interno dell’occhio
• Fovea centralis: i coni sono particolarmente
•
addensati ed è massima l’acuità visiva. E’ il
centro focale dell’occhio.
Coroide: tessuto scuro ricco di melanina che
avvolge esteriormente la retina e che filtra la
luce. Verso la parte interiore dell’occhio si flette
all’indietro costituendo l’iride, nel cui foro
centrale, la pupilla, passa la luce.
L’iride
• Diaframma ad apertura variabile
• Opaco, circolare e può assumere colorazioni
•
diverse, dovute al variare della quantità di melanina
nell’iride.
Gli occhi possono essere di colore: nero, marrone,
nocciola, giallo, verde, blu, grigio e viola.
Il meccanismo della visione umana
In esso distinguiamo tre parti:
• Un sistema ottico che forma e proietta le
immagini su una superficie sensibile
• Una superficie sensibile che raccoglie le
immagini e le trasmette
• Un elaboratore dei dati raccolti da
quest’ultima
Occhio e macchina fotografica
Semplificando al massimo, l’occhio umano può per certi versi essere
paragonato ad una macchina fotografica:
•
•
•
•
Cristallino
Iride e pupilla
Retina
Il bulbo annerito
all’interno fungono da
vera e propria camera
oscura.
•
•
•
•
Obbiettivo
Diaframma
Pellicola fotografica
Camera che permette di
far entrare la luce da un
foro.
Schema sistema ottico umano e
fotografico a confronto
scheda
cervello
retina
retina
retina
CCD
CCD
CCD
Differenze retina- pellicola
• Non si ha una
•
•
distribuzione
omogenea dei
dettagli
dell’immagine.
Nella visione tiene
considerazione
anche
dell’esperienza
dell’osservatore.
Immagine
prodotta dal
cervello è
dinamica,
prodotto della
cultura del
soggetto.
• Si ha una
•
•
distribuzione
omogenea dei
dettagli in ogni
punto
dell’immagine.
Interpreta le
immagini in
modo oggettivo.
Immagine
prodotta dalla
macchina
fotografica è
statica, formata
da un obbiettivo
su una pellicola.
Eccezionalità e limiti dell’occhio
Pregi
Difetti
• La risposta agli stimoli luminosi
• Aberrazione sferica: quando la
è di tipo logaritmico, tale che
possiamo reagire al bagliore di
una folgore, come alla luce
tremolante di una stella.
• Messa a fuoco che avviene
grazie al processo di
accomodamento del cristallino.
• Diaframmatura automatica
della pupilla che regola la
quantità di luce che arriva alla
retina.
pupilla è dilatata al massimo,
la visione perde contrasto e
l’acuità visiva diminuisce.
• Piccolissimo campo di visione
distinta, data dalla dimensione
ridotta della fovea.
• Limitatezza del potere
risolutivo dovuta alla struttura
della retina, cosicché possiamo
distinguere due punti solo alla
distanza di un primo e in
ambiente ben illuminato.
Punto prossimo e punto remoto
L’occhio riesce a vedere distintamente solo da e fino a un certo punto.
Questo è dovuto alle caratteristiche fisiche dell’occhio.
• Punto remoto: punto focalizzato sulla retina da
•
•
un occhio normale senza alcun adattamento.
Punto prossimo: punto più vicino che l’occhio
accomodato può focalizzare ed è situato a 15 cm
dalla cornea.
Distanza della visione distinta: distanza
superiore ai 25 cm in cui l’occhio accomodato
riesce a distinguere le immagini.
Malattie dell’occhio
L’occhio sano, detto emmetrope, ha la capacità di far convergere i raggi luminosi in un
singolo punto di fuoco. Se questo si colloca davanti o dietro la retina e immagini
risultano sfocate e diventa necessaria una correzione ottica. I principali difetti della vista
sono da attribuire a
Difetti del bulbo oculare
• Miopia
• Ipermetropia
Difetti del cristallino
• Presbiopia
• Astigmatismo
Normalmente questi difetti possono essere corretti
mediante l’uso di lenti apposite.
Miopia
• Ametropia o disturbo
•
•
•
•
•
rifrattivo.
I raggi non si focalizzano
sulla retina ma davanti ad
essa.
Dovuto ad un bulbo
troppo allungato.
Vede bene da vicino, ma
non da lontano.
Si misura in diottrie.
Per la correzione servono
lenti convergenti.
Ipermetropia
• Bulbo oculare troppo
•
•
•
corto.
Fuoco del cristallino va a
cadere dietro la retina.
Vede normalmente gli
oggetti molto lontani, ma
ha un punto prossimo più
lontano di quello normale.
Servono lenti convergenti
che portino l’immagine
sulla retina.
Presbiopia
• Difetto dovuto
•
•
•
all’invecchiamento.
Stessi sintomi
dell’ipermetropia.
Dovuto alla perdita di
elasticità del
cristallino.
Si corregge con lenti
convergenti.
Astigmatismo
• Non uniforme curvatura del
•
•
•
•
cristallino.
La visione risulta confusa e
distorta.
La forma della cornea è simile a
una palla da rugby, anziché tonda
come dovrebbe essere.
I raggi di luce si focalizzano in due
punti nella parte più accentuata e
più piatta.
Servono lenti cilindriche, adatte
alla forma dell’occhio.
Daltonismo
• Anomalia della visione dei
•
•
colori, in particolare per il
colore rosso (protanopia)
e il verde (deuteranopia).
Esistono diversi tipi di
daltonismo, trasmetti
geneticamente, oppure in
seguito a danneggiamento
della retina.
Alcuni sono reversibili.
In questa sezione ci occuperemo di:
• Definire il concetto di illusione ottica
• Enumerare i principali tipi di illusioni
•
spiegandone gli effetti che producono
Mostrare le singole illusioni ottiche e le cause
che le generano anche attraverso esempi storici
Spesso gli artisti si sono divertiti a
creare disegni ambigui, giocando
sulla capacità della nostra mente di
interpretare le figure sotto un’ottica
del tutto personale. Famosissimi e
numerosissimi i giochi ottici
costituiti dal compendio di luci e
ombre, dall’utilizzo di regole
prospettiche e dei colori, nonché di
forme geometriche. Soprattutto
grazie alla geometria, gli artisti dello
scorso secolo si sono sbizzarriti, in
particolare quelli appartenenti alla
corrente surrealista, come Salvador
Dalì.
Illusioni ottiche.
L’illusione ottica può essere causata da vari
meccanismi , in base a questo si hanno tre categorie
di illusioni:
• Ottiche
• Percettive
• Cognitive
Illusioni ottiche
• sono causate da fenomeni
puramente ottici e non
dipendenti dalla fisiologia
umana
• Esempio è il miraggio
Illusioni percettive
• Generate dalla
•
fisiologia dell’occhio
Esempio sono gli
afterimages, poiché
dopo aver osservato il
disegno, su un’altra
superficie si vede
un’immagine
fantasma.
Punto cieco
• Area del nostro occhio
• Il cervello cerca di riempire lo spazio vuoto
con lo sfondo più probabile prendendolo in
prestito dai contorni dell'area che non può
essere osservabile.
Illusioni cognitive
• Dipendono dal nostro
•
•
modo di interpretare
un’immagine
Figure ambigue
Figure impossibili
Figure ambigue
“Il libro di Mach.
Vediamo un libro aperto verso
di noi o il suo dorso?
I cubi sono sei o sette?
Volti ambigui
• Particolari
•
Illusioni cognitive
Pittore
importante è
l’Arcimboldo
La figura rappresenta un vecchio generale di
profilo oppure due persone in mezzo a una
strada?
Giovane donna o una vecchietta?
Paradossi geometrici
• Viene percepita
•
•
erroneamente la
geometria dell'immagine
Tendenza del cervello a
stimare una dimensione
basandosi su effetti
prospettici o sul confronto
con oggetti vicini
Esempio è la stanza di
Ames
Illusione delle piastrelle del
Caffè: le linee grigie sembrano
oblique, invece sono
perfettamente parallele tra
loro
Stanza di Ames
• Camera dalla forma
•
•
distorta che altera la
prospettiva
Sembra avere la forma di
parallelepipedo ma in
realtà la ha una forma di
trapezio
una persona in piedi in un
angolo della stanza
appare essere un gigante,
mentre un'altra persona
situata nell'angolo
opposto sembra
minuscola.
Altre illusioni geometriche
• Illusione del triangolo
• Spirali illusorie
• Illusioni del colore
Stereogrammi
Illusione ottica creata da particolari immagini piane che induce chi la guarda a
visualizzare una figura tridimensionale. Quando l'osservatore tenta di 'mettere a
fuoco' non la figura piana ma un punto immaginario dietro il disegno, il suo
cervello è ingannato ed interpreta due strisce affiancate come se fossero la stessa
attribuendo quindi alle piccole differenze tra le strisce stesse una realtà
tridimensionale.
Ci sono diverse tecniche per osservarli:
Tecnica in parallelo
Tecnica incrociata
Stereogramma
In questo stereogramma si dovrebbe scorgere l’immagine di uno
squalo che nuota
Figure in movimento.
• figure geometriche
poste e colorate in
modo tale da rendere
al nostro occhio la
sensazione che esse
si stiano muovendo
realmente.
Oggetti impossibili
• oggetti che non possono
essere costruiti nella realtà a
tre dimensioni, perché in
contrasto con le leggi della
geometria
• L'artista olandese Maurits
Cornelis Escher ha prodotto
diverse opere in cui oggetti
impossibili sono alla base
dell'architettura di edifici
• Anche Penrose ha applicato le
regole della geometria per
costruire la scala impossibile.
Esher
• Si può vedere l’acqua
di una cascata che
aziona questo
particolare mulino
scendendo e risalendo
fino a tornare ad
alimentare la cascata,
in un circolo infinito.
“La cascata”, M. C. Escher
Penrose
• Ha costruito la
•
famosissima scala
impossibile.
Scala impossibile:
rappresentazione
bidimensionale di una
rampa di scale che muta
la propria direzione di 90
gradi quattro volte
Effetto Thatcher.
• Si chiama così dal
•
nome della politica
britannica Margaret
Thatcher.
illusione ottica che
interessa l’area del
cervello destinata al
riconoscimento dei
volti
In questa sezione ci occuperemo di:
• Definire il concetto di anamorfosi
• Mostrare il modo in cui
•
l’anamorfosi si è evoluta nel
corso della storia e dell’arte
Mostrare alcuni esempi di
anamorfosi ottiche riferendoci sia
a artisti contemporanei, sia ai
teorici della “prospettiva curiosa”.
Proiezione di un’immagine sul piano
in modo distorto
• Anamorfosi: dal greco
•
•
anamórphosis, composto di
“ana + morphee”; significa
ritorno alla forma
particolare illusione ottica
per cui un’immagine viene
proiettata sul piano in modo
distorto, in modo che il
soggetto originale venga
riconosciuto attraverso
diverse tecniche ottiche
L’immagine si può osservare
o tramite l’utilizzo di specchi
di diverse forme o spostando
semplicemente il punto di
vista
Storia
• Termine coniato nel
•
•
1600 da Guidobaldo
del Monte;
Sviluppo nel periodo
barocco in Francia e
Germania;
Segue le Regole di
Jean Francois
Niceron;
Un foglio del Codice Atlantico contiene due
disegni anamorfici di Leonardo
rappresentanti la testa di un bambino e un
occhio.
• Nell'anamorfosi piana la figura viene
disegnata tenendo conto di una visione
non frontale ma laterale e l'artista che
la crea la disegna ponendosi da un
preciso punto di vista che l'osservatore
deve ricreare per poter vedere
l'immagine in prospettiva
Un esempio di anamorfosi piana si
può osservare a Trinità dei Monti a
Roma in un disegno di Emmanuel
Maignan "S.Francesco di Paola".
• Nella visione prospettica che si ha all'inizio del corridoio appare
l'immagine del santo che prega. Questa muta però man mano
che si percorre il corridoio e nella visione frontale si trasforma in
un paesaggio della costa calabra dove il santo era eremita
E questo!?
Quest’opera di
Hans Holbein il
Giovane,
intitolata “Gli
Ambasciatori”,
è il più famoso
esempio di
anamorfosi. Se
si guarda
l’immagine da
un’altra
angolazione, la
figura in
basso, che
frontalmente
non avrebbe
senso, diventa
chiaramente
un teschio.
• Alcuni critici hanno
•
supposto che l'autore
avesse voluto alludere
all'imminente morte di
uno dei due personaggi
rappresentati nel dipinto
Il culmine dell' interesse
che riguarda le
anamorfosi ottiche
coincide con l'epoca di
Luigi XIV
• L'anamorfosi è tornata di
attualità nel nostro
tempo, non solo in
ambiente surrealista, ma
anche ma anche in altre
correnti del tutto
contemporanee
Julian Beever
• Il più famoso attuale “Street Painter”;
• Disegna opere anamorfiche sui pavimenti
di tante grandi città di tutto il mondo;
• E’ diventato famoso grazie a una
maxicatena su Internet;
Questa è l’immagine vista con proporzioni corrette
• La tecnica
•
dell’anamorfosi viene
utilizzata anche per
pubblicizzare dei
prodotti.
Semplici tappeti
risultano come dei veri
e propri pannelli
pubblicitari se ripresi
opportunamente dalle
telecamere.
Anamorfosi dal mondo
Anamorfosi che
sfruttano il fenomeno
della riflessione.
Utilizzano specchi
cilindrici per
riprodurre immagini
ben definite.
Anamorfosi ottiche
• Tracciate su superficie
bidimensionale
• Seguono le regole della
prospettiva normale ma il punto
di vista deve essere laterale
• Se ci collochiamo davanti in una
posizione centrata (accentrata),
tutto rimane confuso,
indifferenziato, e ogni cosa
sembra non avere più senso. Ma
se ci spostiamo di lato,
possiamo vedere un’immagine
definita e con un significato
preciso
Michel Parrè (I cavalieri, 1975)
Se lo osserviamo frontalmente non
riusciamo a capire di cosa si tratta.
Quando invece ci spostiamo più a destra,
scorgiamo ciò che il pittore voleva
realmente trasmetterci, due cavalieri in
groppa ai propri cavalli.
Niceron
• Teorizza le anamorfosi nella sua
•
•
opera “La Perspective Curieuse”,
pubblicata nel 1638.
La Perspective Curieuse è la
preparazione ad un altro lavoro
più importante, cui padre
Niceron lavorava da tempo, il
Thaumaturgus Opticus.
E’ divisa in quattro libri.
“La Perspective Curieuse”
• Nel primo libro, diviso in quindici proposizioni,
sono esposti i principi della prospettiva verificati
con l'esempio dei cinque corpi regolari (cubo,
tetraedro, ottaedro, dodecaedro, icosaedro ) e
qualche altro ;
• Nel secondo libro della prospettiva bizzarra “sono
esposti i procedimenti per costruire una gran
quantità di figure che appariranno deformi e
insensate ma che, viste da un determinato punto,
si riveleranno ben proporzionate”;
• Il terzo libro si occupa delle anamorfosi
catottriche;
• Nel quarto libro vengono spiegati vari metodi per
ottenere immagini composte da parti singole di
altre immagini usando particolari lenti sfaccettate;
• In seguito sono presenti alcune proposizioni della
“Prospettiva bizzarra”.
Prima proposizione
“Disegnare una sedia, in prospettiva, così difforme
che, essendo vista fuori dal suo punto, essa non
rappresenti alcuna immagine riconoscibile”
Seconda proposizione
“Illustrare il procedimento per disegnare ogni sorta
di figura, immagine o quadro, nello stesso modo
della sedia della precedente proposizione, cioè in
modo che sia perfettamente riconoscibile solo se
visto da un determinato punto”
Il terzo libro della prospettiva bizzarra
• In cui si parla delle apparenze:
degli specchi piani, cilindrici e
conici, e della maniera di
costruire delle figure che rivelano
e rappresentano per riflesso una
cosa ben diversa da quella che
appare nella visione diretta
• TERZA PROPOSIZIONE
“Dato uno specchio cilindrico
convesso, perpendicolare ad un
piano parallelo alla sua base,
descrivere, su tale piano, una
figura che, benché difforme e
confusa in apparenza, produrrà
nondimeno, riflettendosi nello
specchio, un'immagine ben
proporzionata e simile a qualche
oggetto proposto”
J.F. Niceron, anamorfosi a soggetto religioso,
Palazzo Barberini, Roma
• La Perspective Curieuse è la preparazione ad un altro lavoro più
importante, cui padre Niceron lavorava da tempo, il Thaumaturgus
Opticus. Quest'opera doveva comporsi di due parti ma la morte
prematura non gli permise di ultimarla. Venne terminata dal padre
Marin Mersenne, un altro illustre erudito della Compagnia dei Padri
Minimi, compagnia della quale lo stesso Niceron faceva parte.
schema realizzativo degli affreschi del Niceron tratto dal Thaumaturgus Opticus - 1646
Bibliografia
• M. E. Bergamaschini, P. Marazzini, L. Mazzoni, L’indagine del mondo fisico,
•
•
•
Carlo Signorelli editore
Curtis Helena, Barnes N. Sue, Helms Doris R., Invito alla biologia, Zanichelli
M. Fazio, M. C. Montano, Fisica volume 2, Arnoldo Mondatori scuola
Jean François Niceron, La Perspective curieuse, ou Magie artificielle des
effects merveilleux
Sitografia
•
•
•
•
•
•
http://it.wikipedia.org/wiki/Microscopio
http://it.wikipedia.org/wiki/Cannocchiale
http://it.wikipedia.org/wiki/Telescopio
http://www.nonsolocittanova.it/occhio_umano.htm
http://www.illuweb.it/
http://www.artetoma.it/anamorfosi/tesi-cap.4.PDF