Sperimentare la luce bianca

Michelson e Morley compiono l'omonimo esperimento

Salve a tutti. Siamo insegnanti di scuola dell'infanzia e stiamo facendo esperimenti con la luce e i colori con i bambini. Come si ottiene la luce bianca? Ci suggerite esperimenti con materiali di facile reperibilità e alternativi? Grazie.


Manuela Pianta
1 febbraio 2010

Prima di suggerire esperimenti è forse bene fare una premessa, per inquadrare il contesto in cui inserire gli esperimenti.
Quella che viene comunemente detta luce bianca è una radiazione elettromagnetica costituita da luce di molti colori.
Va allora spiegato innanzitutto cosa si intende per colore, un concetto che tutti credono di aver ben chiaro in mente, e che invece si presta spesso a malintesi. Il colore di un oggetto non è solo determinato dalle proprietà fisiche dell'oggetto, ma anche dal tipo e dalla intensità della luce che lo illumina, dalle caratteristiche degli oggetti vicini, e dalle caratteristiche percettive dell'individuo che lo osserva. Ad esempio al buio tutti gli oggetti ci appaiono neri, esistono lampade che alterano fortemente in tutti la percezione del colore degli oggetti illuminati, esistono individui (daltonici) che percepiscono alcuni colori in modo sensibilmente diverso dalla maggioranza (cfr. http://www.lentiacontattoonline.it/disturbi-oculari/daltonismo.asp).
Ad essere rigorosi si dovrebbe dire che i colori in se' non esistono, essi sono un prodotto sensoriale del nostro cervello.
(cfr. http://www.anisn.it/scuola/strumenti/visione/opponenzaecontra.htm)
http://www.federica.unina.it/architettura/fisica-tecnica-ambientale-illuminotecnica/percezione-colori/

Cosa intendiamo allora quando affermiamo che "la luce bianca è una radiazione elettromagnetica costituita da molti colori"?
Intendiamo che si tratta di radiazione elettromagnetica con varie frequenze, o varie lunghezze d'onda (detto nel linguaggio dell'ottica ondulatoria), oppure di un fascio di fotoni con diverse energie (nel linguaggio dell'ottica quantistica).
In un fascio di luce monocromatica, che significa di un solo colore, il campo elettromagnetico oscilla con una frequenza unica (f), e detto in un modo equivalente, tale fascio trasporta fotoni tutti con la stessa energia E=hf, ove h è la costante di Planck.
Di solito si è abituati a distinguere, nella radiazione elettromagnetica visibile, che chiamiamo luce (chè una piccolissima porzione della radiazione elettromagnetica esistente in natura e che non è visibile, dalla radiazione a microonde, all'infrarosso, all'ultravioletto, fino ai raggi X e ai raggi gamma...) i tipi diversi in base alla lunghezza d'onda, che varia tra 0,38 a 0,75 micrometri (cfr. http://it.wikipedia.org/wiki/Spettro_visibile), e tale spettro va dal rosso al violetto al calare della lunghezza d'onda .
Ma tale spettro non comprende il colore bianco! Perchè ?
Perchè si percepisce luce bianca quando il fascio di luce osservata contiene tutto lo spettro dei colori.
Un esempio assai comune di luce bianca è la luce del sole in una giornata limpida vicino a mezzogiorno. In giornate nuvolose, o all'alba o al tramonto, l'atmosfera terrestre filtra la luce del sole e a noi giungono radiazioni maggiormente ricche in alcune lunghezze d'onda (spesso verso il rosso).
Altre sorgenti bianche molto diffuse fino ad oggi, ma che lo saranno meno in futuro, sono le lampade ad incandescenza: si tratta di filamenti metallici resi incandescenti dalla corrente elettrica che li attraversa (alimentate a rete a 220V), e quando la temperatura si avvicina a 3000 gradi centigradi emettono uno spettro che ci appare bianco.
Anche alcune lampade a fluorescenza (comunemente e impropriamente chiamate tubi al neon) emettono uno spettro bianco (in realtà la scarica elettrica nel tubo emette luce ultravioletta invisibile che eccita gli atomi di uno strato deposto sulla superficie interna del tubo, e questi atomi a loro volta emettono radiazioni di vari colori che si mescolano producendo uno spettro bianco).
Ci sono poi le lampade del futuro, che già sono apparse sul mercato, con il nome di LED bianchi. Si tratta anche qui di una emissione monocromatica blu che attraversa uno strato fluorescente che la trasforma in luce bianca (sono sogenti di luce fredde, che non sprecano energia nella emissione infrarossa come le vecchie lampadine). Se ne possono acquistare di vari tipi: alimentate a 220V o a pochi volts (una pila da 1.5V ed una piccola resistenza da 1000 ohm può bastare).
Qui finisce l'elenco che mi viene in mente per le sorgenti luminose bianche facilmente reperibili: ci sarebbero poi le lampade ad arco (scomode e pericolose) e le lampade <alogene> che sono una variante delle lampade ad incandescenza, ma alimentate a bassa tensione, come i fari delle automobili.

Per gli esperimenti si possono usare sorgenti bianche e filtri colorati , si può scomporre la luce bianca mediante un prisma,
o mediante un reticolo di diffrazione (a trasmissione o a riflessione), un reticolo a riflessione a costo minimo è il comune CDrom.
Si può fare il contrario: usare la luce riflessa da un opportuno disco a settori colorati (disco di Newton) per percepire (alla rotazione del disco) la mescolanza dei raggi riflessi come luce bianca (per effetto della persistenza dello stimolo sulla nostra retina).
Stampare e ritagliare ad esempio il disco dal seguente link: http://www.giocomania.org/pagine/15791/pagina.asp
Se il link diventasse obsoleto basta chiedere a google di cercare <Disco di Newton>
Si possono utilizzare immagini particolari per mostrare interessanti e spettacolari effetti sulla percezione dei colori.
Internet è piena di suggerimenti: per cominciare si può partire da queste pagine di Wikipedia:
http://it.wikipedia.org/wiki/Colori_complementari
http://it.wikipedia.org/wiki/Mescolanza_additiva
http://it.wikipedia.org/wiki/Mescolanza_sottrattiva
http://it.wikipedia.org/wiki/Illusione_ottica#Illusioni_di_colore_e_contrasto
http://it.wikipedia.org/wiki/Illusione_ottica
Un esperimento classico è quello che utilizza il disco di Benham (una figura composta da due soli colori il bianco e il nero, che ruotata a varie velocità provoca la percezione di colori, a seconda dell'individuo che osserva)
http://it.wikipedia.org/wiki/Disco_di_Benham .
Per concludere, gli esperimenti possibili sono molti: lascio alla fantasia e alla pazienza dell'insegnante la scelta per i propri allievi.

Giacomo Torzo ICIS-CNR, Università degli Studi di Padova

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