Finalità:
Si vuole ricreare sperimentalmente un arcobaleno artificiale.

Considerazioni:
L'idea è di simulare la formazione degli arcobaleni primario e secondario. La goccia di pioggia viene simulata da una sfera di vetro piena d'acqua e la luce del sole è data da una lampadina, la cui luce è stata opportunamente collimata.
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Dispositivo sperimentale

Materiali:
  • Pannello di legno, che funge da base al dispositivo
  • Cassetta di plastica, con un foro di 10 cm di diametro in una delle sue facce laterali
  • Lente biconvessa, posta nel foro, di diametro 10 cm
  • Lampadina (come per esempio quelle utilizzate nei fari delle auto), posizionata nel fuoco della lente
  • Trasformatore, che permette l'alimentazione con la tensione di rete
  • Schermo di materiale plastico rigido, posizionato davanti alla cassetta, il quale riporta un foro in corrispondenza della lente applicata nella cassetta
  • Sostegno con un morsetto per reggere una sfera di vetro riempita d'acqua. Questa sfera di vetro è chiusa con un tappo che presenta un foro dove è inserito un tubo di gomma flessibile che impedisce la formazione di bolle d'aria al suo interno e che, in caso di riscaldamento dell'acqua evita il rischio di rottura della sfera
  • Maschera sagomata movibile, posta fra la cassetta di plastica e lo schermo, che scorrendo, tramite un filo ad essa ancorato, condiziona il passaggio della luce


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Schema della struttura della maschera

Procedimento e risultati:
Si accende la lampadina tramite l'interruttore. I raggi luminosi, emessi dal fuoco della lente biconvessa, vanno a colpire la stessa. La lente ha la funzione di rendere paralleli i raggi di luce che escono poi dal foro (luce collimata). Non tutta la luce esce però dal foro. La maschera sagomata, infatti, ne condiziona il passaggio, in termini di orientazione e direzione della stessa. Come si può vedere dal disegno a lato, che schematizza la struttura della maschera, essa presenta 5 sostanziali configurazioni differenti. A seconda della posizione della maschera, regolabile dall'osservatore tramite scorrimento, essa lascia passare soltanto una parte della luce collimata. Questa va poi a incidere sulla sfera di vetro piena di acqua, dando origine ai fenomeni di rifrazione e riflessione studiati in aula. Come risultato la luce emerge dalla boccia, andando ad illuminare lo schermo e permettendo su di esso la visione di diversi fenomeni ottici, come mostrato nella tabella seguente.

Posizione della maschera
Fenomeno osservato
1)
assenza della maschera
arcobaleno primario e secondario
2)
oscuramento parte superiore
arcobaleno primario (più grande)
3)
oscuramento parte inferiore
arcobaleno secondario (più piccolo)
4)
oscuramento parte centrale
arcobaleno primario e secondario
5)
maschera dotata di due forellini,
uno sopra l'altro
"raggio di arcobaleno": macchia ovale chiara e macchia con i colori dell'arcobaleno,
che derivano dalla luce che passa, rispettivamente,
attraverso il forellino superiore e attraverso quello inferiore

Di seguito riportiamo due foto che mostrano il fenomeno osservato nella situazione 4) (a sinistra) e 5) (a destra).
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