Percorso didattico per la scuola Primaria e Secondaria di 1° grado
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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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?
LASTRA DI VETRO
FOGLIO DI
PLASTICA
PIATTO DI
PORCELLANA
SPECCHIO
TAVOLETTA DI
LEGNO
BICCHIERE
CARTA VELINA
LA LUCE VIENE
“FERMATA?”
I CONTORNI
DELLA SORGENTE
SI DISTINGUONO
IN MODO NETTO
O SFUMATO?
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
COME SI PROPAGA LA LUCE?
La luce si propaga in tutte le direzioni
e viaggia in linea retta.
1° ESPERIMENTO
Occorrente:
• cartoncino
• candela
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.
2° ESPERIMENTO
Occorrente:
• Un proiettore di diapositive
• Un puntatore laser
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.
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)
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
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
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
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
3° ESPERIENZA LABORATORIALE
Presenza di amido nelle foglie
Occorrente:
• foglie di geranio
• cartoncino nero
• alcool etilico
• pentolino
• piastra elettrica
• tintura di iodio
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
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.
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
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.
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;
• 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.
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
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
Quando l’oggetto è posto di
fronte ai due specchi
allineati
fra
di
loro,
l’immagine dell’oggetto sarà
unica.
Quando l’oggetto è posto di
fronte ai due specchi che
convergono fra di loro,
l’immagine dell’oggetto sarà
moltiplicata.
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.
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.
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.
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.
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.
•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.
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.
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.
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.
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.
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
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.