Onde: LE ONDE SONORE 11'26'' 6999 1 2:39:22 2:50:00 0:10:38 Il tema del seguente filmato ruota attorno ad un episodio accaduto a scuola a una ragazza del solito gruppo di amici. Aveva cercato di registrare il discorso scolastico ma una volta riascoltato al registratore risultava incomprensibile. Attraverso il computer l’amico scienziato costruisce un grafico delle onde sonore che veicolano i suoni del discorso scolastico. Nel computer dunque viene registrato il testo e qui diventa comprensibile. Cosa è accaduto? E’ stato sabotato il testo? Con un lavoro sul grafico i nostri amici cercano di modificare il suono e si accorgono che il discorso era registrato male. Inoltre le immagini seguenti mostrano un video che illustra come sono fatte le corde vocali. Il giovane scienziato mostra un esperimento che dimostra che il suono è un’onda e si propaga nell’aria. Compito del gruppo di amici per conoscere meglio i comportamenti delle onde sonore sarà quello di registrare i differenti tipi di suono del mondo esterno e poi misurarne l’intensità, le onde lunghe e corte. pssc:spettro elettromagnetico m003 1 0:50:00 1:20:00 0:30:00 pssc:fotoni (prova che sono discreti) m005 1 1:47:50 2:05:00 0:17:10 pssc:interferenza di fotoni (onde) in particolare con se stesso (funzione d'onda) m006 1 2:05:00 2:16:00 0:11:00 LA LUCE E I COLORI 12'48'' 6996 1 2:26:00 2:39:15 0:13:15 L’episodio dell’unità didattica mostra le immagini di due amiche che vanno a comparare dei vestiti. Appena uscite dal negozio, alla luce naturale i vestiti cambiano colore, passando dl grigio a lavanda. Come è accaduto? Nel laboratorio del giovane scienziato attraverso l’uso di differenti lampade, le due amiche scoprono che i vestiti cambiano colore a seconda delle lampade che si usano. Con alcune lampade i vestiti tornano colore grigio con altre lavanda. Attraverso lo spettroscopio le due amiche osservano la composizione della luce, formata di linee colorate diversamente. Cosa genera il colore? Con l’ausilio del computer, il giovane scienziato spiega alle due amiche che l’energia luminosa è trasportata da un fotone, che viene emesso quando un elettrone di un atomo di idrogeno, ruota attorno un nucleo allargando la sua orbita a causa di un aumento di energia. Per mezzo dello spettroscopio è possibile misurare le luci lontane come quelle dei pianeti. Un ulteriore esperimento chiarisce il fenomeno dei vestiti che cambiano colore; i vestiti sembravano grigi a causa degli elettroni del gas contenuto nelle lampadine del negozio, ma alla luce del sole che contiene tutte le luci dello spettro diventano lavanda. ONDE SONORE E LUMINOSE: IL FENOMENO DELLA RIFLESSIONE 7465 1 2:50:00 2:56:01 0:06:01 L’unità è tratta dalla serie “La banca della scienza”, realizzata per Mosaico da Rai Educational in coproduzione con l’UER, in cui sono illustrati, con il supporto di immagini ed animazioni, i grandi argomenti delle scienze biologiche, chimiche, fisiche e matematiche. La riflessione avviene quando la luce colpisce una superficie e torna indietro. L’unità spiega cosa si intende per “angolo di riflessione” utilizzando come esempio una pallina da biliardo. La luce si comporta a volte come una particella, a volte come un’onda. Vediamo un “ondoscopio”, che consente di studiare in laboratorio la riflessione delle onde. La riflessione della luce è usata dai prestigiatori per creare i loro trucchi: le immagini svelano l’illusione del “cocktail” virtuale, che non si riesce ad afferrare con le mani. La riflessione del suono, invece, serve per misurare la profondità del mare. Si utilizza un apparecchio detto “sonar, che produce onde acustiche e ultrasoniche che si propagano nell’acqua e vengono riflesse dagli ostacoli che incontrano; dal tempo che intercorre tra la trasmissione e il ritorno dell’onda riflessa al ricevitore, si ricava la distanza. Anche i pipistrelli sono guidati dall’eco degli ultrasuoni che emettono. In medicina, gli ultrasuoni sono utilizzati per le ecografie. Infine, le onde radio e le microonde, la cui riflessione è utilizzata per le telecomunicazioni. la luce? 1 2:56:01 3:00:01 0:04:00 1 3:00:01 3:02:05 0:02:04 LA LUCE: CARATTERISTICHE E COMPORTAMENTO - PARTE PRIMA. L'UNIVERSO DELLA MECCANICA 05'37'' Nella serie di “L'Universo della Meccanica” si ripercorre la storia delle leggi della meccanica, dalle intuizioni di Galileo (1564-1642) alla teoria della relatività. Questo documento, seguendo la cronologia delle scoperte e degli studi sulla luce, ne descrive le proprietà e il comportamento. L’audiovisivo si apre descrivendo il comportamento di un filamento metallico: quando viene riscaldato emette della luce il cui colore dipende proprio dalla temperatura stessa. Max Karl Plank (1858-1947) spiegò questo fenomeno applicando le teorie di Maxwell (1831-1879). La voce fuori campo descrive come è analogamente possibile determinare la temperatura di un corpo dalla frequenza della luce emessa. Su immagini di fiction la voce fuori campo descrive gli studi del fisico Plank, che riuscì non solo a intuire che l’energia emessa è proporzionale alla frequenza, ma anche a determinare questa proporzionalità, quantificando con ottima approssimazione la costante che porta il suo nome. L’unità termina con le immagini di alcuni esperimenti fatti con l’elettroscopio e la luce ultravioletta, accennando all’effetto fotoelettrico. 3 05'34'' LE ONDE ELETTROMAGNETICHE: LA PROPAGAZIONE. L'UNIVERSO DELLA MECCANICA 7383 Nella serie di “L'Universo della Meccanica” si ripercorre la storia delle leggi della meccanica, dalle intuizioni di Galileo (1564-1642) alla teoria della relatività. Le immagini proposte dall’unità didattica mostrano una lezione che si svolge nel prestigioso Istituto di tecnologia californiano, dedicata al tema della propagazione della luce attraverso uno spazio vuoto. La voce fuori campo spiega le differenze tra un campo elettrico e un campo elettromagnetico. Attraverso un’animazione grafica, il breve filmato ci aiuta a comprendere la propagazione delle onde elettromagnetiche. Infine, l’unità didattica illustra i campi di utilizzo del microscopio studiati da Galileo nel 1600. Oltre ad osservare gli anelli di Saturno, le macchie solari e i crateri lunari, Galileo riuscì a studiare anche corpi molto piccoli e molto vicini. Per questo si servì del “microscopio composto”, che gli permise anche di osservare un’ape italiana nei suoi più piccoli dettagli. 3 5'52'' IL PONTE DI TAKOMA: LA STORIA. L'UNIVERSO DELLA MECCANICA 6918 Nella serie di “L'Universo della Meccanica” si ripercorre la storia delle leggi della meccanica, dalle intuizioni di Galileo alla teoria della relatività. Il 1° luglio 1940 nella città di Takoma venne inaugurato un grandissimo ponte sospeso. Inaspettatamente, dopo soli 4 mesi il ponte crollò a causa di un vento relativamente debole. Si vede l’incredibile filmato che documenta questo fenomeno. Con una intuizione Theodore Von Karman (1881-1963) riuscì a spiegare come accadde studiando il flusso dell’aria attorno alla struttura del ponte. L’unità mostra il comportamento del vento attorno ad un ostacolo. Con lo studio delle scie vorticose che presero poi il nome dello stesso ingegnere americano, Von Karman aprì un nuovo capitolo della fluidodinamica. Ora ogni ponte viene anche progettato considerando l’effetto del vento sulla struttura. L’unità si chiude mostrando come avvengono i test nella galleria del vento. 3 0:00:00 tecniche del laser 4 06'34'' LA LUCE: RIFRAZIONE E DISPERSIONE. L'UNIVERSO DELLA MECCANICA 7384 Nella serie di “L'Universo della Meccanica” si ripercorre la storia delle leggi della meccanica, dalle intuizioni di Galileo (1564-1642) alla teoria della relatività. L’unità didattica illustra il comportamento della luce che colpisce superfici metalliche. Le immagini mostrano lenti ottiche, colpite da un raggio luminoso. Quando la luce incontra il vetro, la sua velocità diminuisce rispetto alla velocità con cui si muove nell’aria. Anche la direzione varia, producendo un fenomeno che si chiama rifrazione. Gli occhi umani si comportano come una sorta di lenti, che permettono la messa a fuoco delle immagini sulla retina. Il telescopio utilizzato da Galileo, detto rifrattore, aveva il limite di disperdere il fascio luminoso. Newton, successivamente, inventa il telescopio riflettore. Quando un raggio di luce riflesso da una superficie parabolica penetra in un telescopio di questo tipo, si riflette senza dispersione, e ciò spiega perché si tratta dello strumento più utilizzato in astronomia. Infine la voce narrante dell’unità sottolinea che anche le onde radio hanno la proprietà di riflessione, ed è il principio su cui si basano i radar e il telescopio. 4 09'05'' GLI SPETTRI ATOMICI. LA SCIENZA PER CONCETTI 7327 Attraverso immagini grafiche le unità della serie “La scienza per concetti” affrontano in modo dettagliato i principi fondamentali di chimica, fisica e biologia. Questa unità inizia riassumendo la teoria di Niels Bohr (1885-1962), il primo che riuscì a scrivere una formula che prevedesse gli spettri di emissione degli atomi. In questo modo riuscì, utilizzando la legge di Plank, a calcolare le energie corrispondenti alle varie orbite dell’elettrone. L’unità prosegue con alcuni esempi di analisi spettrale, e la definizione delle righe di Fraunhofer. L’unità termina ricordando che la formulazione di Bohr non è efficace per lo studio degli spettri di altri atomi diversi dall’Idrogeno. 5 05'55'' LA LUCE: CARATTERISTICHE E COMPORTAMENTO - PARTE SECONDA. L'UNIVERSO DELLA MECCANICA 7150 Nella serie di “L'Universo della Meccanica” si ripercorre la storia delle leggi della meccanica, dalle intuizioni di Galileo (1564-1642) alla teoria della relatività. Si riprende la discussione sull’effetto fotoelettrico e si riporta la spiegazione allora pensata da Albert Einstein. Su immagini di spettri di emissione, la voce fuori campo spiega come in uno stato di equilibrio l’elettrone non ha energia sufficiente per staccarsi, se invece è colpito da energia ultravioletta riesce a compiere il salto che lo stacca dall’orbita. Robert Andrews Millikan (1868-1953) aveva giustamente affermato, analizzando il comportamento della luce, che è formata da particelle. Luis de Borglie (1892-1987) riuscì ad unire il modello corpuscolare, quello ondulatorio e la teoria della relatività. Inoltre studiando come gli elettroni potevano essere riflessi come fasci di luce riuscì a combinare, alle teorie atomiche relativistiche, il modello dell’atomo di Bohr. 5 09'05'' I FOTONI: CARATTERISTICHE E COMPORTAMENTO. LA SCIENZA PER CONCETTI 7350 Servendosi di animazioni grafiche, l’unità della serie “La scienza per concetti” affronta in modo dettagliato alcuni principi fondamentali della chimica fisica e della biologia. Il grande conflitto tra la teoria ondulatoria e corpuscolare rappresentò il primo grande tentativo di spiegare il comportamento della luce. La voce narrante ribadisce che nei secoli si sono accumulate prove in favore della teoria ondulatoria e spiega che il momento del fotone è costituito dalla collisione di due particelle. Se un fotone ha un momento, allora questo viene conservato quando interagisce con un elettrone. La voce narrante porta l’esempio della coda luminosa delle comete, costituita da fotoni. Le particelle fotoniche vengono utilizzate per spiegare alcuni comportamenti della luce. Il modello ondulatorio della luce ci aiuta a scoprire il luogo dove il fotone colpiva dopo essere passato da una fessura. Inoltre l’unità contiene una serie di esempi delle radiazioni, simili all’onda elettromagnetica, come le radio onde, le radiazioni radio e gamma. 8 05'48'' LA RISONANZA. L'UNIVERSO DELLA MECCANICA 6922 Nella serie di “L'Universo della Meccanica” si ripercorre la storia delle leggi della meccanica, dalle intuizioni di Galileo (1564-1642) alla teoria della relatività. Con l’aiuto di grafica tridimensionale al computer si mostra un oscillatore armonico formato da una massa e da una molla. A questo si applicano delle forze con la stessa frequenza fondamentale del sistema, l’ampiezza delle oscillazioni aumenta con il tempo. Si capisce quindi come le oscillazioni forzate siano sensibili alla frequenza delle forse applicate. Si danno le equazioni per calcolare le grandezze significative del moto armonico forzato. Come esempio si mostra il bicchiere di cristallo che viene infranto da un suono costante con frequenza identica a quella caratteristica. Al termine dell’unità si riassume quindi questo fenomeno detto risonanza e vengono esplicitate le dipendenze dell’ampiezza da parte della frequenza della forzante. 8 05'34'' LE ONDE ELETTROMAGNETICHE: LA PROPAGAZIONE. L'UNIVERSO DELLA MECCANICA 7383 Nella serie di “L'Universo della Meccanica” si ripercorre la storia delle leggi della meccanica, dalle intuizioni di Galileo (1564-1642) alla teoria della relatività. Le immagini proposte dall’unità didattica mostrano una lezione che si svolge nel prestigioso Istituto di tecnologia californiano, dedicata al tema della propagazione della luce attraverso uno spazio vuoto. La voce fuori campo spiega le differenze tra un campo elettrico e un campo elettromagnetico. Attraverso un’animazione grafica, il breve filmato ci aiuta a comprendere la propagazione delle onde elettromagnetiche. Infine, l’unità didattica illustra i campi di utilizzo del microscopio studiati da Galileo nel 1600. Oltre ad osservare gli anelli di Saturno, le macchie solari e i crateri lunari, Galileo riuscì a studiare anche corpi molto piccoli e molto vicini. Per questo si servì del “microscopio composto”, che gli permise anche di osservare un’ape italiana nei suoi più piccoli dettagli. 10 0:00:00 LA LUCE E I COLORI 12'48'' 6996 L’episodio dell’unità didattica mostra le immagini di due amiche che vanno a comparare dei vestiti. Appena uscite dal negozio, alla luce naturale i vestiti cambiano colore, passando dl grigio a lavanda. Come è accaduto? Nel laboratorio del giovane scienziato attraverso l’uso di differenti lampade, le due amiche scoprono che i vestiti cambiano colore a seconda delle lampade che si usano. Con alcune lampade i vestiti tornano colore grigio con altre lavanda. Attraverso lo spettroscopio le due amiche osservano la composizione della luce, formata di linee colorate diversamente. Cosa genera il colore? Con l’ausilio del computer, il giovane scienziato spiega alle due amiche che l’energia luminosa è trasportata da un fotone, che viene emesso quando un elettrone di un atomo di idrogeno, ruota attorno un nucleo allargando la sua orbita a causa di un aumento di energia. Per mezzo dello spettroscopio è possibile misurare le luci lontane come quelle dei pianeti. Un ulteriore esperimento chiarisce il fenomeno dei vestiti che cambiano colore; i vestiti sembravano grigi a causa degli elettroni del gas contenuto nelle lampadine del negozio, ma alla luce del sole che contiene tutte le luci dello spettro diventano lavanda. 10 11'26'' LE ONDE SONORE 6999 L’unità didattica fa parte di una serie di episodi che attraverso una breve fiction hanno l’obiettivo di illustrare e spiegare tematiche legate alla natura fisica della materia, al magnetismo e alle leggi del movimento degli astri. Il tema del seguente filmato ruota attorno ad un episodio accaduto a scuola a una ragazza del solito gruppo di amici. Aveva cercato di registrare il discorso scolastico ma una volta riascoltato al registratore risultava incomprensibile. Attraverso il computer l’amico scienziato costruisce un grafico delle onde sonore che veicolano i suoni del discorso scolastico. Nel computer dunque viene registrato il testo e qui diventa comprensibile. Cosa è accaduto? E’ stato sabotato il testo? Con un lavoro sul grafico i nostri amici cercano di modificare il suono e si accorgono che il discorso era registrato male. Inoltre le immagini seguenti mostrano un video che illustra come sono fatte le corde vocali. Il giovane scienziato mostra un esperimento che dimostra che il suono è un’onda e si propaga nell’aria. Compito del gruppo di amici per conoscere meglio i comportamenti delle onde sonore sarà quello di registrare i differenti tipi di suono del mondo esterno e poi misurarne l’intensità, le onde lunghe e corte. 10 14'13'' LO SPETTRO ELETTROMAGNETICO. L'UNIVERSO DELLA MECCANICA 7391 Nella serie di “L'Universo della Meccanica” si ripercorre la storia delle leggi della meccanica, dalle intuizioni di Galileo (1564-1642) alla teoria della relatività. L’unità didattica illustra il principio della rifrazione, ossia della luce che penetra in un vetro e compie una curva. Secondo la celebre definizione di Isaac Newton (1642-1727), la luce è formata da particelle che attraversano il vuoto in linea retta. Per comprendere il fenomeno della rifrazione, cioè della curvatura della luce, l’unità illustra il rapporto tra luce e materia in relazione alla gravità. Il fisico olandese Christiaan Huygens(1629-95), opponendosi a Newton, descrisse la luce non come composta da particelle ma bensì da onde. Questo concetto è stato poi ritenuto corretto dalla comunità scientifica, che ha accettato la definizione di Huygens secondo cui un’onda è una perturbazione che si propaga da un punto ad un altro. L’unità, con l’ausilio di animazioni grafiche, descrive le diverse tipologie di onde. Quelle che hanno una lunghezza ridotta, per esempio le onde elettriche, diventano luce visibile creando uno spettro che va dal rosso al viola; quelle che hanno una lunghezza ancora più corta vengono definite raggi ultravioletti e sono assorbiti e neutralizzati dall’ozono. Infine esistono onde ancora più corte, come i raggi x e i raggi gamma. 10 05'37' LA LUCE: CARATTERISTICHE E COMPORTAMENTO - PARTE PRIMA. L'UNIVERSO DELLA MECCANICA ' 7149 Nella serie di “L'Universo della Meccanica” si ripercorre la storia delle leggi della meccanica, dalle intuizioni di Galileo (1564-1642) alla teoria della relatività. Questo documento, seguendo la cronologia delle scoperte e degli studi sulla luce, ne descrive le proprietà e il comportamento. L’audiovisivo si apre descrivendo il comportamento di un filamento metallico: quando viene riscaldato emette della luce il cui colore dipende proprio dalla temperatura stessa. Max Karl Plank (1858-1947) spiegò questo fenomeno applicando le teorie di Maxwell (1831-1879). La voce fuori campo descrive come è analogamente possibile determinare la temperatura di un corpo dalla frequenza della luce emessa. Su immagini di fiction la voce fuori campo descrive gli studi del fisico Plank, che riuscì non solo a intuire che l’energia emessa è proporzionale alla frequenza, ma anche a determinare questa proporzionalità, quantificando con ottima approssimazione la costante che porta il suo nome. L’unità termina con le immagini di alcuni esperimenti fatti con l’elettroscopio e la luce ultravioletta, accennando all’effetto fotoelettrico. 10 05'55'' LA LUCE: CARATTERISTICHE E COMPORTAMENTO - PARTE SECONDA. L'UNIVERSO DELLA MECCANICA 7150 Nella serie di “L'Universo della Meccanica” si ripercorre la storia delle leggi della meccanica, dalle intuizioni di Galileo (1564-1642) alla teoria della relatività. Si riprende la discussione sull’effetto fotoelettrico e si riporta la spiegazione allora pensata da Albert Einstein. Su immagini di spettri di emissione, la voce fuori campo spiega come in uno stato di equilibrio l’elettrone non ha energia sufficiente per staccarsi, se invece è colpito da energia ultravioletta riesce a compiere il salto che lo stacca dall’orbita. Robert Andrews Millikan (1868-1953) aveva giustamente affermato, analizzando il comportamento della luce, che è formata da particelle. Luis de Borglie (1892-1987) riuscì ad unire il modello corpuscolare, quello ondulatorio e la teoria della relatività. Inoltre studiando come gli elettroni potevano essere riflessi come fasci di luce riuscì a combinare, alle teorie atomiche relativistiche, il modello dell’atomo di Bohr. 10 09'05'' I FOTONI: CARATTERISTICHE E COMPORTAMENTO. LA SCIENZA PER CONCETTI 7350 Servendosi di animazioni grafiche, l’unità della serie “La scienza per concetti” affronta in modo dettagliato alcuni principi fondamentali della chimica fisica e della biologia. Il grande conflitto tra la teoria ondulatoria e corpuscolare rappresentò il primo grande tentativo di spiegare il comportamento della luce. La voce narrante ribadisce che nei secoli si sono accumulate prove in favore della teoria ondulatoria e spiega che il momento del fotone è costituito dalla collisione di due particelle. Se un fotone ha un momento, allora questo viene conservato quando interagisce con un elettrone. La voce narrante porta l’esempio della coda luminosa delle comete, costituita da fotoni. Le particelle fotoniche vengono utilizzate per spiegare alcuni comportamenti della luce. Il modello ondulatorio della luce ci aiuta a scoprire il luogo dove il fotone colpiva dopo essere passato da una fessura. Inoltre l’unità contiene una serie di esempi delle radiazioni, simili all’onda elettromagnetica, come le radio onde, le radiazioni radio e gamma. 10 06'57'' ALBERT MICHELSON E EDWARD MORLEY. INTERFEROMETRO - PARTE PRIMA. L'UNIVERSO DELLA MECCANICA 6846 Nella serie di “L'Universo della Meccanica” si ripercorre la storia delle leggi della meccanica, dalle intuizioni di Galileo alla teoria della relatività. L’esperimento di Albert Abraham Michelson (1852-1931) e Edward W. Morley (1838-1923) fu concepito per rivelare il moto della terra attraverso l’etere. Il risultato inaspettato da entrambi gli scienziati fu quello di smentire l’esistenza dell’etere. Il professore David Goodstein del California Institute of Technology accenna alla situazione di Europa e Stati Uniti in quel periodo storico. Il concetto di etere deriva da Aristotele, alla fine dell’ottocento tutte le onde erano considerate come meccaniche, quindi anche la luce aveva bisogno di un mezzo attraverso cui propagarsi, l’etere avrebbe dovuto essere incomprimibile poiché la velocità di un’onda è proporzionale alla rigidità del mezzo.