Immergi una matita dritta in un bicchiere d'acqua trasparente, tenendola inclinata. Guardandola dal lato e dall'alto, la parte immersa sembra spostata rispetto al resto, all'altezza della superficie dell'acqua. Tiralo fuori: la matita è ancora dritta. Sposta l'occhio in un'altra posizione e anche l'aspetto dello spostamento cambia.
Da dove cominciare a spiegare? Si può scegliere un punto della punta immersa nell'acqua e chiedersi come debba viaggiare la luce che essa riflette per arrivare all'occhio. Il contenuto di ottica della classe seconda della scuola secondaria di primo grado consiste proprio nel trasformare passo dopo passo queste osservazioni quotidiane in cammini della luce disegnati e verificabili.
Ritrovare la luce partendo dalla posizione dell'occhio
La Lezione 4 tratta prima le sorgenti luminose, le ombre e la riflessione, per poi introdurre l'immagine formata da uno specchio piano. Quando guardi te stesso nello specchio, ciò che entra nei tuoi occhi è la luce riflessa dalla superficie dello specchio. Prolungando il cammino della luce riflessa dietro lo specchio, sul disegno si trova la posizione dell'immagine. Segnando l'oggetto e la sua immagine, si vede che i due sono simmetrici rispetto al piano dello specchio. Lezione 4 «Fenomeni luminosi: riflessione e rifrazione»
Quando si affrontano esercizi di questo tipo, conviene prima segnare sul disegno la posizione dell'occhio e poi tracciare quale raggio luminoso può raggiungerla passando per lo specchio. Anche se al momento non si riesce a calcolare gli angoli, il disegno aiuta a verificare se la direzione della luce è stata tracciata al contrario.
Alla superficie dell'acqua la direzione della luce cambia
La luce riflessa dalla punta della matita sott'acqua, quando passa obliquamente dall'acqua all'aria, subisce una rifrazione. L'occhio riceve la luce rifratta e, risalendo all'indietro lungo la sua direzione di provenienza, vede la punta in una posizione diversa da quella reale sott'acqua. La Lezione 4 usa un percorso luminoso simile per spiegare perché, guardando dall'alto la superficie, il fondo di una piscina con acqua limpida sembri meno profondo.
Per osservare meglio, si possono appoggiare stabilmente il bicchiere e la matita, mantenere il livello dell'acqua e osservare da due angolazioni diverse, disegnando ogni volta la posizione in cui appare la punta. Poi si fa uno schizzo semplificato in cui restano solo la punta, la superficie dell'acqua e l'occhio. Arrivati alla superficie, si traccia prima la normale perpendicolare all'interfaccia, poi si verifica se, quando la luce esce obliquamente dall'acqua ed entra nell'aria, l'angolo di rifrazione è maggiore dell'angolo di incidenza.
Portare la rifrazione su un vetro con superfici curve
La Lezione 5 applica questa idea alle lenti. Una lente convessa è spessa al centro e sottile ai bordi, e i raggi paralleli all'asse ottico principale, dopo la rifrazione, convergono. I materiali didattici partono dalla forma della lente, passano per l'asse ottico principale, il fuoco e la distanza focale, e arrivano agli strumenti ottici che usano più lenti per modificare ciò che si osserva. Dopo aver disegnato una deviazione all'altezza della superficie dell'acqua, osservando il percorso della luce prima e dopo l'attraversamento della lente si può capire, segmento per segmento, da dove viene il fuoco. Lezione 5 «Funzione delle lenti e esplorazione dell'universo»
Dopo l'osservazione, aggiungere un disegno che spieghi il fenomeno
Questo corso in cinese semplificato si rivolge agli studenti della classe seconda della scuola secondaria di primo grado e comprende anche il moto meccanico, i fenomeni sonori, i cambiamenti di stato della materia e la massa. Quando si studia fisica partendo da una curiosità quotidiana, si può prima annotare ciò che si è visto, poi cambiare una condizione di osservazione e infine spiegare il cambiamento con un disegno o una misura. Il primo disegno di esercitazione della parte di ottica può essere proprio la matita nel bicchiere. Prova a indicare al compagno di banco dove la luce cambia direzione e dove l'occhio vede la punta della matita. Entra nel corso PHYS801A-PEP-CN