Obiettivo generale

Avvicinare gli studenti alla comprensione della luce, intesa come spettro di radiazioni costituito da una varietà di componenti, non tutte visibili. Si propone una lezione con un laboratorio didattico mirato a riprodurre l’esperimento che Herschel fece nel 1800, nel quale scoprì una nuova forma di radiazione diversa dalla luce visibile: la radiazione infrarossa. Il metodo alla base dell’incontro è la necessità di far capire “facendo” piuttosto che far capire “spiegando”. Questo perché una lezione frontale su una tematica di questo tipo, visto il livello di astrazione intrinseco dell’argomento trattato, risulterebbe poco produttiva e di scarso impatto se non supportata da una qualche dimostrazione sperimentale dei concetti veicolati; dimostrazione che solo un’esperienza pratica riesce a fornire.

Destinatari

La lezione si può proporre a partire dagli ultimi anni della Scuola Primaria fino alla Scuola Secondaria (di Primo e Secondo grado). Sulla base dell’età e del livello delle conoscenze degli studenti, la lezione viene adattata utilizzando un linguaggio adeguato e sottolineando con maggiore o minore enfasi aspetti differenti.

Descrizione

Nel 1800, Sir Frederick William Herschel scoprì l’esistenza della luce infrarossa facendo passare la luce solare attraverso un prisma di vetro, in un esperimento simile a quello che si vuole riprodurre in questa lezione. La luce solare viene dispersa dal prisma in un arcobaleno di colori chiamato spettro. Herschel era interessato a misurare la quantità di calore in ogni colore e, per fare la misura, usò termometri con bulbi anneriti. Herschel notò che la temperatura aumentava dal blu al rosso e che, collocando un termometro appena oltre la parte rossa dello spettro, in una regione dove non c’era luce visibile, misurò una temperatura ancora più alta. Pertanto, si rese conto che ci doveva essere un altro tipo di “luce” al di là del rosso, che non siamo in grado di vedere. Questo tipo di luce divenne noto come infrarosso (infra è derivato da la parola latina per “qui sotto”). Anche se la procedura descritta in questa attività è (operativamente) diversa dall’originale esperimento di Herschel, i risultati che si ottengono sono i medesimi, permettendo ai bambini di verificare il legame tra colore e temperatura e facendogli scoprire, come avvenne per Herschel, la radiazione infrarossa. E’ importante che il docente non anticipi ai ragazzi il risultato dell’esperimento perché un obiettivo fondamentale dell’incontro è la comprensione e l’utilizzo del metodo scientifico (osservazione della realtà, formulazione dell’ipotesi, esperimento, definizione/elaborazione di un modello).

Il progetto si articola in varie fasi, della durata complessiva di quattro ore:

  1. Introduzione. L’incontro inizia con una discussione guidata su tecnologie di uso comune: telefono cellulare, radio, telecomandi di vario genere, controlli wireless. Si imposta con gli studenti una discussione allo scopo di far emergere, sulla base della loro esperienza quotidiana, ipotesi possibili sui meccanismi fisici alla base del funzionamento di queste tecnologie. Elaborazione del concetto di segnale e di informazione. Definizione di emettitore e di ricettore del segnale. La luce come radiazione elettromagnetica: osservazioni basilari sulla luce, riflessione, rifrazione, scomposizione cromatica. si identificano l’emettitore (sole, lampadina) ed il ricettore della luce (occhio).
  2. Esperimento di Herschel. Durante questa prima fase viene riprodotto l’esperimento di Herschel. Presentazione e costruzione delle ipotesi: l’esperimento viene illustrato e si invitano gli studenti a formulare previsioni su ciò che ci si aspetta di osservare. La luce visibile viene scomposta nei suoi colori fondamentali e si misura la temperatura relativa ad ogni colore. I bambini prenderanno in maniera autonoma le temperature, registrandole sul quaderno. In generale, il senso comune suggerisce di aspettarsi  in corrispondenza del colore rosso una temperatura più alta rispetto al blu. Nelle zone d’ombra si pensa di misurare temperature più basse di quelle relative ad ogni colore. L’esperimento viene eseguito e si prova quindi a spiegare come mai si osserva la temperatura più alta proprio nella “zona d’ombra” vicina al rosso.
  3. Termocamera. Servendosi di una termocamera si osserva l’emissione termica degli oggetti e si consolida il concetto di radiazione infrarossa.
  4. Teoria. Si introduce il concetto di spettro elettromagnetico, di lunghezza d’onda e della scala delle lunghezze d’onda in riferimento ad oggetti “comuni”. Luce visibile. Si affronta il problema di studiare l’Universo nelle varie lunghezze d’onda: motivazioni scientifiche e problemi sperimentali. Si presentano immagini multifrequenza di oggetti astrofisici e si introducono alcuni concetti astrofisici e cosmologici con l’ausilio di immagini multifrequenza e video. Atmosfera e osservazioni da spazio.
  5. Missione Planck dell’ESA. Ciclo di vita di un grande progetto scientifico.

 

Referenti

Sara Ricciardi, Maura Sandri, Fabrizio Villa, Gianluca Morgante

 

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Link alla versione pdf: Esperimento-di-Hershel