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Fisica 14 Ago 2010
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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  matematicamente 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
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 faretto 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
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....
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 
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