Determinazione della legge di Malus con un polarimetro di

Determinazione della legge di Malus
con un polarimetro di Norrenberg
(1860 circa) collegato ad un sistema
on line.
Congresso AIF
Rimini 20 ottobre 2005
Francesco Bevacqua Museo di Fisica – Università di Napoli “Federico II”
Francesco Bevacqua, Congresso AIF Rimini
Indice della presentazione:
 Breve introduzione storica
 Ipotesi di valorizzazione
 Valorizzazione con gli strumenti on line
 Interfacciamento del Polarimetro di
Norrenberg con sensori on line
 Una seconda esperienza: misure sulla termopila
di M. Melloni
 Conclusioni
Francesco Bevacqua, Congresso AIF Rimini
Nota storica:
La nascita ufficiale dei Gabinetti di Storia Naturale
nei Regi Licei risale alla seconda metà dell'Ottocento,
quando le leggi dell'orientamento scolastico
assegnavano grande interesse ai laboratori didattici
delle scienze. Il Regio Decreto del 10 ottobre 1867
riporta testualmente: "In questo insegnamento si deve
sempre parlare agli occhi dei giovani mentre si parla
alla loro mente, facendo vedere gli oggetti di cui si
tiene discorso, oppure disegni corrispondenti".
Questo ha rappresentato l’inizio di molte collezioni
storiche presenti nelle scuole meridionali.
Francesco Bevacqua, Congresso AIF Rimini
Nota storica:
Nelle regioni di asse uno, l'Istituto Suor Orsola
Benincasa di Napoli ha censito, con un progetto
denominato:
“Musei storico-scientifici del
Mezzogiorno in rete” la cui
responsabilità è stata affidata al
Prof. Maurizio Torrini, ordinario di
Storia della Scienza presso
L’Università degli Studi di Napoli
"Federico II”
Le collezioni tecnico - scientifiche presenti
Francesco Bevacqua, Congresso AIF Rimini
Nota storica:
… la
valorizzazione
delle collezioni
tecnico
scientifiche
come naturale
proseguimento
del progetto
“Musei in rete”
Ipotesi di valorizzazione
L’intervento sulle collezioni al fine di renderle
fruibili per un programma educativo e didattico
può avvenire secondo varie direttrici che
dipendono dalla specificità della collezione e
dagli obiettivi che si intendono raggiungere.
Esistono esempi seguiti già in altre realtà museali
e/o scolastiche che individuano di fondo le
seguenti tipologie d’intervento:
Ipotesi di valorizzazione
• Storia della Collezione
• Esposizione di strumenti funzionanti
• Interpretazione degli esperimenti nel
loro contesto storico
• Legame con teorie fisiche
abbandonate o errate
Ipotesi di valorizzazione
Innovativo con aspetti didattici
non completamente esplorati.
• Affiancamento di antichi apparati
sperimentali con moderni sistemi on
line.
Ipotesi di valorizzazione
Affiancamento
di
antichi
apparati
sperimentali con moderni sistemi on line.
E’ questo uno dei modi innovativi per
valorizzare una collezione di antichi strumenti
scientifici, in particolare per recuperare la
funzione didattica degli strumenti storici che
altrimenti resterebbero inutilizzati nei depositi o
nei laboratori delle scuole.
Strumenti on line:
Sistemi on line:
Computer
+
Software specializzato
Interfaccia
Sensore
Ambiente
Valorizzazione …. con gli strumenti on line
Affiancamento
di
antichi
apparati
sperimentali con moderni sistemi on line.
Sono stati presentati per l’annualità 2005 della
legge 6/2000 una serie di progetti relativi alla
valorizzazione delle collezioni storiche presenti
nelle regioni meridionali. In particolare il Museo
di Fisica dell’Università di Napoli ha firmato una
lettera di intenti con le seguenti istituzioni
scolastiche:
Liceo Classico Genovesi - Napoli
Liceo Scientifico “E. Fermi” di Muro Lucano (PZ)
Valorizzazione …. con gli strumenti on line
All’interno di queste collaborazioni sono in fase
di attuazione alcuni percorsi didattici tendenti al
recupero delle collezioni storiche:
• L’opera di Macedonio Melloni e la nascita della
Fisica dell’infrarosso
• Utilizzo di un polarimetro di Norrenberg per lo
studio della legge di Malus
Valorizzazione …. con gli strumenti on line
Il polarimetro di
Norrenberg era uno
strumento
molto
utilizzato
nei
gabinetti scientifici
per
esperienze
relative
alla
polarizzazione per
riflessione
della
luce.
Valorizzazione …. con gli strumenti on line
Si componeva di ….
Analizzatore
Portaoggetti
polarizzatore
Specchio
Valorizzazione …. con gli strumenti on line
Come si usava
Raggio di luce incidente
Valorizzazione …. con gli strumenti on line
Come si usava
Quando i piani di incidenza risultano paralleli l’intensità del
raggio polarizzato è massima, quando sono normali l’intensità
è nulla. Per posizioni intermedie l’Intensità segue la legge di
Malus
I    I0 cos 
2
Valorizzazione …. con gli strumenti on line
Come si usava
Si osservava sull’analizzatore come si indeboliva la
luce riflessa mentre si ruotava quest’ultimo intorno ad
un asse verticale. In esperienze dove venivano
utilizzate sorgenti luminose molti intense (arco
voltaico), si riusciva ad osservare il raggio riflesso sulle
pareti del laboratorio, rendendo in questo modo
l’esperienza condivisa.
In questo secondo caso non si usava il polarimetro di
Norrenberg. ma un apparato diverso:
Valorizzazione …. con gli strumenti on line
Polarizzatore
Analizzatore
Eligio Perucca, Guida pratica ad esperienze didattiche di
Valorizzazione …. con gli strumenti on line
I fotometri
Per misurare l’intensità del raggio riflesso
dall’analizzatore non era possibile utilizzare i fotometro
didattici disponibili nei laboratori di scienze, poiché
“lasciavano tutti a desiderare sotto il rapporto della
precisione”*
* Ganot, Trattato elementare di Fisica Sperimentale ed applicata,
Pagnoni Editore Milano, 1863
Valorizzazione …. con gli strumenti on line
Il nostro esperimento
Valorizzazione …. con gli strumenti on line
Valorizzazione …. con gli strumenti on line
Analizzatore
Polarizzatore
Valorizzazione …. con gli strumenti on line
Sensore di luce
Sensore di moto
rotatorio
Sorgente di luce
Datalogger
Valorizzazione …. con gli strumenti on line
Qualche particolare ….
Sensore di luce
Sensore di moto
rotatorio
Valorizzazione …. con gli strumenti on line
La misura …. ….
Particolare della luce
Incidente sul polarizzatore..
Valorizzazione …. con gli strumenti on line
La misura …. ….
Particolare della luce
incidente sul
polarizzatore,
durante la misura
(in luce attenuata)
Valorizzazione …. con gli strumenti on line
La misura …. ….
I    I 0 cos  
2
Valorizzazione …. con gli strumenti on line
Commento al grafico
Nella si vede che non c’è una sovrapposizione delle due curve, in particolare, la
curva sperimentale non va mai a zero; questo perché l’analizzatore del Polarimetro
risulta danneggiato quindi l’angolo di questo rispetto alla verticale non è
esattamente l’angolo di Brewster;
Si nota uno sfasamento tra le due curve dovuto alla differenza di diametro della
puleggia montata sul corpo del sensore ed il diametro del barilotto del polarimetro,
questo è facilmente correggibile poiché sono noti i due diametri
Il massimo di intensità varia dopo un giro completo del polarizzatore, questo per
problemi di simmetria dello strumento. La differenza e di circa: 0,25 lux, valore non
apprezzabile nel protocollo originario dell’esperimento che prevedeva
l’osservazione “ad occhio” della luminosità.
Gli specchi risultano danneggiati, in particolare lo specchio piano che trasferisce il
raggio polarizzato sull’analizzatore è in pessime condizioni;
………
Valorizzazione …. con gli strumenti on line
Cosa si può trarre da un percorso di questo tipo:
•
•
•
•
•
•
Considerazioni sugli strumenti di misura.
Taratura degli strumenti.
Considerazioni sugli errori sperimentali.
Considerazioni sulle unità di misura.
Come si studierebbe oggi la legge di Malus.
Estensione dell’esperimento originale.
Valorizzazione …. con gli strumenti on line
Solo un breve cenno su Macedonio Melloni
Nella Memoria “.. Sur la trasmission libre de la
chaleur rayonnante par different corps solides e
liquides, <<Ann. De Chim. Et de Phys.>>, LIII, p.5,
1833 Melloni si pone il problema del riscaldamento dei
pezzi del banco durante gli esperimenti.
Verifica a tal fine, se il termomoltiplicatore segnala un
passaggio di corrente se la sorgente è schermata da
diversi materiali.
Valorizzazione …. con gli strumenti on line
Banco detto del Melloni
Noi abbiamo provato a misurare la temperatura in
diversi punti della termopila per verificare se durante la
misura c’erano parti di questa che si riscaldavano
rendendo non corretta la misura….
Valorizzazione …. con gli strumenti on line
Alcune foto degli esperimenti….
Valorizzazione …. con gli strumenti on line
Temperatura termopila lato cubo
Temperatura termopila lato opposto
2
1
Temperatura ambiente
3
Valorizzazione …. con gli strumenti on line
Commento al grafico
Nella zona contrassegnata con un 1 cerchiato (primi 90 sec di funzionamento del
sistema) vediamo come varia la temperatura sulle due facce della termopila. Si nota
un lieve aumento della temperatura anche della faccia opposta a quella che “vede”
la sorgente.
Lato termopila
Tempo (s)
Delta temp. (°C)
Lato sorgente
90
0,12
Lato opposto
90
0,06
Lato sorgente
360
0,95
Lato opposto
360
0,33
Conclusioni ….