Apparecchio universale detto di Silbermann.
Inventario del 1926: al n° 88-2702 si legge testualmente: “Officine Galileo Firenze. Apparecchio universale riflessione, rifrazione e riflessione totale. ₤ 579,50”. Acquistato il 1 aprile del 1926.
Inventario del 1937 n° 315, Officine Galileo Firenze N° 114780.
L’apparecchio universale, ideato dal fisico Johann Theobald Silbermann (1806-1865), serve per una verifica delle leggi della riflessione e rifrazione, per l’osservazione quantitativa del comportamento dei prismi, ecc., nell’insegnamento dell`ottica elementare.
Questo strumento consiste essenzialmente in un cerchio di metallo (diametro 20 cm) sul cui bordo è inciso un goniometro con i quadranti da 0° a 90°. La luce di un piccolo proiettore viene collimata e inviata sull’oggetto relativo all’indagine ottica. Il fascio di luce così ottenuto può essere fatto ruotare intorno all’oggetto ottico posto al centro del disco e, per ogni posizione assunta, se ne può misurare l`angolo. Sull’asse del cerchio ci sono due alidade girevoli, i cui indici determinano i valori degli angoli da esse formati col diametro verticale ed anche quelli dei rispettivi seni, per mezzo di due squadre graduate, scorrevoli su un`astina verticale. Nell’esemplare che ci è pervenuto manca la squadra graduata inferiore. L’oggetto in dotazione da esaminare è un classico semicilindro di vetro, con la faccia piana rivolta verso l’alto. Esso può essere sostituito da uno specchio piano o da una vaschetta semicilindrica da riempire con un liquido o da un prisma, o da un parallelepipedo rettangolo. L’alidada più lunga porta una fenditura e uno specchio piano girevole; questi servono a orientare il raggio luminoso. Sull’altra alidada c`è uno schermo in vetro smerigliato, con due linee di riferimento, per visualizzare il raggio riflesso o rifratto. In ottica, per la misura degli angoli, è stato adottato un sistema di riferimento in cui si dà il valore 0° alla direzione normale alla superficie di separazione dei due mezzi ottici . L’angolo col quale un raggio proveniente dal primo mezzo incide su una superficie del secondo mezzo è chiamato angolo di incidenza i: esso indica di quanto è inclinato il raggio rispetto alla normale. L’angolo con cui viene riflesso dalla stessa superficie si chiama angolo di riflessione r. Analogamente, l’angolo col quale un raggio si osserva nel secondo mezzo è chiamato angolo di rifrazione r. Per lo studio della legge antichissima della riflessione il procedimento è il seguente. In una stanza opportunamente oscurata, si invia su uno specchietto rettangolare, posto al centro del disco, il fascio di luce collimato, poi si misurano l’angolo di incidenza e quello di riflessione; si varia a piacere l`angolo di incidenza misurando ogni volta l’angolo di riflessione, verificando che i = r .
Per evidenziare i raggi di luce si usa bruciare dei coni che producono fumo.
Più interessante è lo studio della rifrazione per il quale si usa l`oggetto trasparente semicilindrico, come si vede nella foto e nella figura. Si deve aver cura di inviare il fascio di luce collimato sempre sempre sull’asse del semicilindro, posto al centro della faccia rettangolare, in modo che la luce proceda lungo il raggio del semicerchio ed esca quindi perpendicolarmente alla faccia circolare.
Questo accorgimento evita che il fascio di luce venga ulteriormente rifratto all’uscita, complicando la misura degli angoli.
Si inizia l’indagine proiettando il raggio di luce normalmente alla faccia piana, si procede poi variando l’angolo di incidenza (ad esempio di cinque gradi ogni volta) e misurando il relativo angolo di rifrazione. I dati ottenuti, immessi nella legge di Snell(1) na sen i = nx sen r, permettono di ricavare una buona stima dell’indice di rifrazione del mezzo ottico nx, rispetto all’indice dell`aria na. Ma una prima valenza didattica dell`indagine è data dalla misura stessa degli angoli e dall’esame dei grafici di r in funzione di i e di sen r in funzione di sen i. Lo studio della rifrazione prosegue inviando il fascio collimato sulla faccia circolare. Si deve fare sempre attenzione che la luce in uscita passi per l’asse del semicilindro sulla faccia piatta, per evitare una rifrazione indesiderata all’ingresso. Si inizia con angolo di incidenza zero e si nota che il raggio di luce non viene deviato, si prosegue incrementando l’angolo (ad esempio di cinque gradi), costatando che i percorsi ottenuti sono reversibili, rispetto a quelli dell`esperimento precedente. Ma, per un certo angolo di incidenza, caratteristico del materiale, il raggio rifratto scompare, lasciando solo quello riflesso. Questo fenomeno rompe la simmetria e prende il nome di riflessione interna totale. L’angolo caratteristico si chiama angolo limite e si ha: sen (ang. lim) = na sen 90. Per angoli superiori a questo si ha sempre la riflessione interna totale, che dunque si manifesta quando la luce passa da un mezzo otticamente più denso ad uno meno denso. Usando la vaschetta trasparente, riempita con un liquido, si può misurare l’indice di rifrazione del liquido stesso.
Un altro esperimento consiste nell’esame del comportamento di un prisma ottico usando luce monocromatica; in questo caso le prove sono molte e interessanti. E ancora un altro accessorio, un parallelepipedo rettangolo di materiale trasparente, serve per osservare il percorso della luce (preferibilmente monocromatica) da una faccia all’altra. Ecc.
La prima figura corredata dalla descrizione è tratta da Apparecchi per l’Insegnamento della Fisica, a cura del prof. R. Magini, Officine Galileo, 1940 e si trova a pag. 184.
La figura 2251 di pag. 529 è tratta da Catalogue N° 22 Appareils de Physique Max Kohl Chemnitz Saxe. Representants et Dépositaires pour la France Richard-Ch. Heller & Cie. Paris. 1905. A pag 528 si legge: «33456. Appareil de Silbermann pour verifier les lois del la réfraction del al lumière, Fig. 2251 . . . 165 Franc. On dispose au centre du cercle divisé un récipient semi-circulaire en verre, de 100 mm de diamètre, pour les expériences sur la rèfraction, ou un miroir plan pour les expériences sur la réflexion. Le cercle divisé à 300 mm de diamètre; il porte 2 alidades pour mesurer les angles d’incidence, de réfraction et de réflexion, et 2 règles graduées mobiles pour déterminer directement les sinus des angles d’incidence et de réfraction».
Il catalogo si trova all’indirizzo:
http://cnum.cnam.fr/PDF/cnum_M9901.pdf
La stessa figura, leggermente sbiadita e col N° 53857, si trova a pag. 487 del catalogo: Max Kohl A. G. Chemnitz (Germany). Price List No. 50, Vols. II and III. Physical Apparatus del primo Novecento, dove si legge: «*53,857. Reflection and Refraction Apparatus, Figure . . . £. s. d. 5,10.0. The semi-cylindrical glass vessel can be replaced by a plane mirror. The circle is 30 cm diameter and carries two alidades for measuring the angles, and two graduated sliding rules for directly determining the sines».
Bibliografia: Catalogo del 1957 e Scheda di Istruzioni L 840 delle Officine Galileo, Firenze.
(1) Nota: W. Snell van Rojen, detto Snellius, (1591-1626).
Lo strumento è esposto al Museo MITI, su proposta di Fabio Panfili.
Foto di Federico Balilli e di Contemporanea Progetti, elaborazioni, ricerche e testo di Fabio Panfili.
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