Percorso didattico per la scuola Primaria e Secondaria di 1° grado

1^ Parte

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 INTERAZIONE LUCE -- CORPICORPI

SCOPRIAMO IL COMPORTAMENTO DEI CORPI IN RELAZIONE ALLA LUCE

FA PASSARE LA

LUCE?

LA LUCE VIENE

“FERMATA?”

I CONTORNI

DELLA SORGENTE

SI DISTINGUONO

IN MODO NETTO

O SFUMATO?

LASTRA DI VETRO

FOGLIO DI

PLASTICA

PIATTO DI

PORCELLANA

SPECCHIO

TAVOLETTA DI

LEGNO

BICCHIERE

CARTA VELINA

MATERIALE OCCORRENTE:

• torcia

• oggetti diversi per materiale e tipo di superficie (lucida,opaca,chiara, scura,ruvida,

trasparente, traslucida)

COSACOSA OSSERVIAMOOSSERVIAMO ??

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.

• 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.

ALTRE ESPERIENZE

Si può osservare comunemente la

propagazione rettilinea della luce:

•i raggi di sole che passano tra le

nuvole dopo un temporale,

LUCE E OMBRA

Quando la luce colpisce un oggetto opaco,

questo forma un’ombra nella zona dove

non arriva la luce.

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.

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.

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 rosso-

arancione 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.

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.

Occorrente:

• un bicchiere di vetro o di

plastica trasparente

• acqua

• uno spaghetto o un cucchiaio

2°ESPERIMENTO: la rifrazione degli spaghetti

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.