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Fisica 14 Ago 2010


Lo spettroscopio dell'Osservatorio Newton

Giorni fa,cercando altro in Rete,ho trovato alcuni siti in cui mostravano dei piccoli spettroscopi amatoriali a mano,fatti con materiali poveri,e m'è subito venuto il desiderio di costruirne uno

Il mio è stato fatto con ½ CD,una scatola di corn flakes,un pezzo di contenitore di gelato e poco nastro isolante nero,colla,ed un'oretta di lavoro!

E confesso il piacere ad averne visto il successo durante la pre-presentazione avvenuta avantieri all'ex centro radio militare di sGiorgio J (una struttura usata durante la Guerra x trasmettere dalla Puglia alle truppe in Africa,tra cui c'era mio nonno materno(il mio unico nonno,vissuto fino ai miei 9 anni),implicate nella pazzia di quell'essere infame)durante la serata di osservazione

Lo strumentino,come vedete,è l'essenza del concetto di giocattolo,e questo significa poter insegnare soprattutto ai ragazzini il concetto di materiale umile e della sua valorizzazione x scopi ben + nobili di un semplice supporto x i cereali...
Questo è un punto etico a cui tengo moltissimo e pongo molta attenzione alla povertà dei materiali destinati alle sperimentazioni,specialmente se sono destinate all'Osservatorio dove tanti ragazzi potranno trarne giovamento

E magari capire i grandi vantaggi etici dell'anticonsumismo....

Ovviamente non voglio minimamente paragonarmi a Bruno Rossi ed alla sua sperimentazione fatta di barattoli delle medicine della zia,all'epoca fatti con tubi di Alluminio,oppure usando la gomma da tacco presa dal calzolaio vicino l'Istituto di Fisica o l'acqua dei pesci della fontanella x rallentare i neutroni...Ovviamente non posso,non sono degno del paragone,ma voglio sottolineare il concetto x cui la sperimentazione è una cosa diversa dalla disponibilità di
strumenti evoluti,e di quanto i concetti Fisici basilari sono visibili e spiegabili con uno spago e poco altro,come c'insegnano i grandi come i Greci,con Eratostene in grado di calcolare la circonferenza della Terra entro il 2% di errore usando le misurazioni fatte con metodi a dir poco rudimentali

Ok,fine del blablabla...
La scatola ha un ampio solco lungo l'80% circa della largezza della faccia + corta della scatola e lunga circa 7 mm,a cui ho dato la funzione di base x la fessura,costituita da una flangia di plastica,proveniente al pezzo di contenitore del gelato,e da un'altra apertura
a finestra,destinata all'osservazione
Nella faccia INTERNA opposta della scatola ho incollato il ½ CD stampato e non di quelli masterizzati,con la superficie ben riflettente (c'erano i drivers di una periferica,x il Wiru$ A Pagamento ed io uso il Linux)in modo da avere l'angolo d'illuminazione a 15° circa e la finestra mi dà quello di visione a 60° circa rispetto la fessura d'illuminazione
La finestra non è un foro a sezione rettangolare,bensì ho voluto lasciare un lato connesso al corpo della scatola,quello in direzione dell'illuminazione,x fare da protezione e coprire l'eventuale luce abbagliante 1^ di venir attenuata dallo strumento
La fenditura era formata da un sottilissimo taglio col taglierino su un pezzo di nastro isolante nero e la prova a basse luminosità s'è rivelata deludente nonostante la bellissima definizione dello spettro e TANTE linee di assorbimento visibili facilmente,x cui ho fatto un solco da ½ mm circa,impastando tutto,ma rendendo possibile la lettura di una candela lontana,e siccome il giocattolo non serve alle misure va bene così
È sulla stessa faccia della finestra di lettura solo x il fatto di avere le flange d'incollaggio sulle facce corte,ben più adatte all'ingresso della luce,ma tant'è!
Lo strumentino giocattolo è tutto qui...

Ovviamente questo strumento,nonostante sia un giocattolo,DEVE rispondere ad una base Fisica ben definita:
La luce è formata da tanti colori...



Possiamo pensare al colore come ad una nota di una tastiera(a me familiare....)


Ogni colore,come ogni nota,ha la sua frequenza:Il LA(acustico)principale è di 440 Hz(oscillazioni complete di un pendolo ideale in 1 secondo)ed il verde giada (ottico)circa 600'000'000'000'000 Hz (6E14Hz),e come si nota cambia(di molto)la frequenza,ma il concetto è lo stesso tranne la larghezza dello spettro:La retina umana vede all'incirca una sola ottava,quella a cui l'aria è più trasparente,la coclea ne sente 10 abbondanti le cui ultime 5 sono assolutamente inascoltabili come nota pura
Guardando i pendagli di vetro di un lampadario noteremo aree colorate come un iride,lo stesso avviene se guardiamo un prisma di vetro,il materiale ha un indice di rifrazione variabile a seconda la frequenza del colore,e la forma ideale riesce a scindere bene i colori,al contrario la forma nata x NON scindere delle mie lenti da miope di vetro ad alta rifrazione,quindi ancor + soggette a questo problema,non dà fortunatamente questo effetto
Con i prismi si possono fare degli spettroscopi di grande precisione,ma oltre ai prismi esistono altre strutture in cui si ottiene lo stesso risultato
Le bolle di sapone non sono facilmente controllabili....
Se noi vediamo un Compact Disc noteremo un bell'effetto di iridescenza e questo(ben controllabile è dovuto all'effetto di frange nate dalla struttura a solco a parete rettangolare del disco e la nostra iridescenza dovuta alla diffrazione sarà Immagine da Wiki Italianamatematicamente una trasformata di Fourier dello spettro della luce incidente
Detto in termini semplici:
I merli da castello del solco un CD visto dal suo raggio hanno una certa distanza tra loro
Questa distanza è prossima a quella dell'onda di luce e quindi con essa interferisce
Ogni colore ha la sua frequenza
Ogni colore reagirà con se stesso formando frange di un angolo diverso dall'altro,se notate l'immagine qui a fianco,proveniente da Wiki Italiana,e quella linkata su di essa,la sua zummata,vedrete delle linee in cui sono più intensi i massimi e minimi,in altre zone la differenza è ridotta....Queste linee saranno più divergenti con certi colori rispetto ad altri e questo ci spiega l'iridescenza del nostro disco e sotto ad essa esiste una corposa struttura fisica,da cui quella matematica e se volete potrete trovarne una versione semplificata qui(la pagina mirrorata sul mio sito è questa)

Logica progettuale dello strumento

Uno spettroscopio a reticolo di diffrazione(in questo caso un CD)ha un elemento di elaborazione(il reticolo diffrattivo)ed il contenitore deve rispondere al supporto meccanico,a mantenere i giusti angoli tra le parti ed ad illuminare il CD da una parte,attraversl la feritoia sottile,mentre dall'altra deve lasciare all'utente un'ampia e comoda visuale tenendo in ombra da illuminazioni spurie il sistema

Quante cose x una banale scatola di corn flakes tagliuzzata ed incollata,ma,liberi di non credermi,è davvero così!

Ma come ho detto lo strumentino è un giocattolo ed il fatto di mostrare QUALITATIVAMENTE e non QUANTITATIVAMENTE i risultati lo conferma


Risultati...

Come sappiamo la luce proveniente dal Mondo esterno colpisce la retina dopo aver attraversato il cristallino ed il resto della struttura anatomica,ed i colori ci appaiono tali solo x aver stimolato 3 tipi ci conisensori ottici sensibili a 3 colori diversi,ed 1 solo tipo di bastoncelli,molto sensibile alla luce in bianco e nero,ma completamente privo di sensibilità cromatica
Spettro della lampada a risparmio
La 1^ foto è quella di una lampada a a risparmio energetico,a luce calda,posta sotto il 1° ripiano sul mio banco di lavoro,una Tesla di produzione Tedesca
Come notate la luce ha un irrisorio barlume di blu e tutto il resto è un'ampia produzione tra il verde ed il rosso,col risultato di un giallo pastello particolarmente ampio,poco saturo e di buona visibilità
Il suo spettro,a causa della fessura troppo ampia,non mostra bene il picco sul verde dell'emissione del Mercurio

Una lampada toroidale(a ciambella)da farettoLamp toroid a braccia da laboratorio con la lente,di produzione Europea Ilesa a luce fredda
Qui lo spettro è più continuo e pur essendo MOLTO meno piacevole all'uso è più ricca,rende di colori più saturi e stanca molto,nonostantge io abbia messo un reattore elettronico da lampada a risparmio guasta,con il dimezzamento dell'assorbimento dalla linea elettrica e mi sono risparmiato il fastidio del flicker,in cambio di un rumore elettrico molto fastidioso se faccio misure all'oscilloscopio di segnali inferiori al 50 mV/divisione e non ho il circuito sotto prova in un contenitore metallico
incandescenza
In quest'altra foto si vede la luce di una normale lampada ad incendescenza davanti ad uno sfondo verde e si nota uno spetro praticamente continuo
Questo è dovuto all'emissione molto prossima a quella del corpo nero del Tungsteno caldo
La luce termica,come sappiamo,è bellissima e riposante,e come ho indicato nella conferenzina alla biblio di Statte è costosissima in quanto la luce emessa è solo la luce della superficie del filamento,ma questa è formata,purtroppo,principalmente da infrarossi termici ed ottici assolutamente inutili alla visione umana,e si spera di non avere dei crotali come ospiti in casa....
spettro solare
Ed ora passiamo a Re Sole,la nostra Stella...
Lo spettro è bello continuo,come si vede bene,e questo è dovuto all'emissione da corpo nero della superficie Solare,a 5'600 °K,da cui si discosta x le linee di assorbimento degli atomi della Corona Solare,e dall'assorbimento della nostra atmosfera,cosa di cui dobbiamo sempre tenere conto quando facciamo osservazioni nel campo della spettroscopia,ed ovviamente dobbiamo considerare il comportamento della nostra catena di osservazione e rivelazione,x es una fotocamera modesta come la CL18(usata ed in modeste condizioni ragalata poco tempo fa)non avrà mai la linearità di un sistema di rivleazione professionale,e la versione successiva di questo strumento,priva di oculare sostituito da un CCD lineare,avrà in mamoria una curva di compensazione della risposta del rivelatore,nel mio caso un TCD102 della Toshiba,recuperato da un FAX e ben documentato


La presentazione originale in formato Open Office scritto su un calcolatore sotto Linux è questa(sotto Wiru$ a pagamento dà alcuni problemi di impaginazione,mi dispiace    )  

Finalmente il 24 Feb 2011 ho potuto fare la mia risicata conferenzina breve e QUESTA è la pagina di riferimento

Grazie Faccina sorridente 


 





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