LO SPECCHIO COME “MOSAICO” DI SPECCHI “STENOPEICI”
Così come nella camera oscura all’apertura di un nuovo foro puntiforme corrispondeva l’apparizione una nuova immagine elementare della sorgente, così anche lo scoprimento di nuovi frammenti di specchio, produrrà la comparsa di nuove immagini sullo schermo posto davanti allo specchio.
Continuando a scoprire nuovi frammenti, fino a liberare completamente lo specchio, le immagini elementari si sovrapporranno riproducendo la forma ingrandita dell’intero specchio. Contrariamente a quanto si è pensato sino ad ora, non è che non si formino immagini reali, al contrario, se ne formano talmente tante da non riuscire a distinguerle.
Se fossimo stati meno superficiali, alcuni indizi di questo fenomeno avremmo già dovuto riconoscerli in alcune esperienze quotidiane piuttosto comuni.
Chi non ha mai fatto, ad esempio, lo scherzo di abbagliare un compagno di giochi con la luce del sole riflessa da uno specchietto? Ebbene, facendo questo gioco con uno specchietto rettangolare si nota che la macchia luminosa proiettata sulla parete non è perfettamente rettangolare, ma ha i bordi leggermente sfocati e gli angoli un po’ arrotondati. Se la parete è molto lontana, la macchia luminosa assume addirittura la forma di un cerchio.
Perché avviene questo strano fenomeno?
Ora siamo in grado di spiegarlo con una certa semplicità: ogni punto dello specchio produce una immagine elementare della sorgente, che in questo caso, trattandosi del sole, sarà un disco luminoso. La macchia rettangolare prodotta dallo specchio risulterà, pertanto, dalla sovrapposizione di tante immagini del sole, che proprio sui bordi e negli angoli sono maggiormente riconoscibili. Non si tratta, quindi, di una generica sfocatura, ma di immagini circolari del sole non perfettamente sovrapposte.
Per renderle visibili singolarmente, si può coprire lo specchio con una griglia di piccoli fori quadrati, che lascerà scoperti piccoli frammenti quadrati di specchio in corrispondenza dei fori. Ciascuna delle “tessere” quadrate di questa sorta di mosaico produrrà una sua immagine del sole.
L’importante è che la tessera sia talmente piccola da poter essere considerata uno specchio “stenopeico”.
E’ possibile, a questo punto, proporre un semplice esperimento che, oltre a mostrarci come si possono produrre specchi “stenopeici” ( cioè di piccole dimensioni ), ci mostra che uno uno “specchio stenopeico”, funziona esattamente come un “foro stenopeico”, con l’unica differenza che l’immagine viene prodotta davanti allo specchio, anziché all’interno della camera oscura.
LE IMMAGINI DEL SOLE
A tale scopo si usi un cartoncino, sul quale saranno stati praticati dei piccoli fori quadrati, disposti secondo linee perpendicolari tra loro. Sulla parte centrale posteriore del foglio si fisserà con del nastro adesivo uno specchietto piano. In tal modo resteranno scoperte solo le porzioni di specchio corrispondenti ai fori del cartoncino.
Questo semplice dispositivo permette osservazioni molto suggestive, sia che lo adoperiamo con il sole, oppure con una normale lampadina.
Interponendo la griglia tra il sole ed il pavimento o una parete, si avrà occasione di verificare la persistenza di una vecchia idea, quella secondo la quale quei fori quadrati produrranno forme luminose quadrate. Qualcuno resterà sorpreso nel vedere che, invece, quei fori producono immagini luminose circolari.
Cosa è accaduto? Niente di straordinario. Ogni foro ha prodotto una immagine ( rovesciata ) del sole.
Sin qui non c’è niente di nuovo rispetto a quanto già sappiamo sulla camera oscura, a parte la suggestione di questa “ moltiplicazione” di soli, che ci permette di giungere ad una curiosa conclusione.
Se continuiamo a “sforacchiare” il cartoncino, finiremo per sfondarlo completamente, trasformando così la “griglia” in una “finestra”.
Ebbene, potremmo dire a quel punto che il riquadro luminoso che la finestra battuta dal sole proietta sul pavimento ( o sulla parete ) è composto da tantissime immagini del sole! Niente di strano, quindi, se gli angoli dell’ombra appariranno leggermente arrotondati.
Quello che, invece, diventa più interessante chiederci è: che fine hanno fatto quelle immagini che non si sono formate nella parte centrale della griglia, che abbiamo ostruito con lo specchio?
L’esperienza ci dice che i ragazzi rispondono immediatamente che le immagini sono state riflesse dallo specchio, intendendo dire che sono state “rimbalzate indietro”.
LE IMMAGINI “RIFLESSE”: UNA SCOPERTA IMBARAZZANTE
A questo punto non resta che andarle a cercare queste immagini “riflesse” ponendo uno schermo davanti alla griglia.
L’esperienza conferma che ogni pezzetto di specchio lasciato scoperto dai fori della griglia produce una immagine (rovesciata ) del sole!
Data la forma circolare del sole, il rovesciamento dell’immagine non è di immediata osservazione; si può quindi sostituire il sole con una normale lampada a filamento e ripetere l’esperimento. La prima delle due foto seguenti mostra le immagini del filamento prodotte dai fori della griglia; la seconda mostra, invece, le immagini proiettate sulla parete dagli specchi stenopeici lasciati scoperti dai fori.
Sembrerebbe una conclusione del tutto naturale, se non fosse per il fatto che queste immagini sono prodotte da piccoli specchi piani e che in tutti i manuali è scritto che gli specchi piani producono soltanto immagini virtuali, che l’occhio vede “dietro” lo specchio.
Nessun cenno viene mai fatto a queste immagini, che appaiono “davanti” allo specchio. Di esse ci si accorgerà soltanto con la trattazione degli specchi curvi, che, come vedremo tra poco, riescono a sovrapporre queste immagini rendendole più visibili. E’ a quel punto, di solito, che esse vengono definite immagini reali .
UNA CRISI SALUTARE
La lezione che abbiamo tratto da questa vicenda è che occorre fare grande attenzione ai piccoli indizi e alle zone d’ombra, che possono manifestarsi anche negli argomenti più classici, nei quali nulla di nuovo sembra che possa essere più detto e che una abitudine consolidata ci fanno ormai apparire del tutto scontati e risaputi.
Anche nelle trattazioni più elegantemente cristallizzate da una lunga tradizione possono prodursi delle piccole crepe, che possono allargarsi fino a produrre la frantumazione dell’intera costruzione.
Va incoraggiato negli alunni e nei docenti un atteggiamento più vigile e critico rispetto a quanto si è ormai sedimentato nella manualistica corrente, nella convinzione che lo sviluppo storico reale dei concetti scientifici e la loro acquisizione da parte degli allievi, siano infinitamente più ricchi e forieri di possibili sviluppi alternativi.
Questo della definizione di immagine reale e virtuale in base al criterio della convergenza o divergenza dei raggi luminosi è solo un esempio di come questo processo di messa in discussione si può verificare.
Dapprima l’indizio fornito dalle immagini reali della camera oscura, poi la riconferma dei sospetti con le immagini dello specchio, rafforzati dalla sempre più stretta analogia tra lo specchio e la finestra, hanno messo in crisi questo criterio consolidato, e ci obbligano a tentare una formulazione più soddisfacente ed unitaria di argomenti che apparivano sinora alquanto separati tra loro.