Categoria: fisica

                        Quattro prismi ottici.
 I numerosi prismi della collezione del Montani sono di non facile datazione.
I quattro esemplari nelle foto, per l’aspetto e per i materiali, potrebbero essere dei primi del Novecento.
I prismi a sinistra nelle quattro foto sono a sezione triangolare equilatera, mentre gli altri due a destra sono a sezione triangolare isoscele.
Il prisma riveste una notevole importanza nello studio dell’ottica e nelle applicazioni scientifiche, tecniche e industriali.
Nelle schede dello spettroscopio di Kirchooff e Bunsen, dello spettrometro M.G.1 e del goniometro Noack, del prisma di Amici presenti nel sito, si possono leggere alcune applicazioni scientifiche e didattiche dei prismi.
Questi si possono realizzare con vetri di diverso indice di rifrazione n. Esso è il rapporto tra la velocità della luce nel vuoto e la velocità della luce nel mezzo rifrangente e dipende dalla frequenza.
Si va dal vetro di tipo crown borato ( n = 1,51 circa), al flint super extra denso ( n = 1,93 circa). Il potere dispersivo del prisma cresce con il valore dell’indice di rifrazione.
La figura della scomposizione della luce bianca rende l’idea della dispersione dei colori.
Per osservare una lieve dispersione della luce bianca nei colori dell’arcobaleno usando una lastra di vetro è necessario uno spessore di almeno 9 cm.
La dispersione avviene perché ogni “colore” nel mezzo rifrangente ha un diverso indice di rifrazione.
Il prisma invece fa subire alla luce una doppia rifrazione ottenendo una grande amplificazione della dispersione. Notevole è la riflessione interna totale: per certi percorsi particolari del “raggio” di luce il prisma si comporta come uno specchio.
Con luce laser, monocromatica e coerente, si possono vedere agevolmente i molteplici percorsi del “raggio”, che non sono facilmente visibili con luce ordinaria.
   Foto di Claudio Profumieri, elaborazioni, ricerche e testo di Fabio Panfili.
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L`apparato a microonde Phywe visibile nella foto è formato (da sinistra verso destra) dal trasmettitore, composto da un alimentatore, che fornisce l`energia nei giusti parametri al tubo elettronico, detto Klystron Reflex, posto su una guida d`onda chiusa da un lato che presenta una tromba di forma piramidale tronca; e dal ricevitore, il cui elemento sensibile (un diodo al germanio) è situato all`interno della guida d`onda di dimensioni uguali alla prima e che presenta identica tromba.
Il segnale rivelato dal diodo viene poi inviato a un amplificatore elettronico a valvole la cui uscita è collegata a un altoparlante.
Per inciso, in primo piano al centro e in basso nella foto si vede il piccolo diodo al germanio usato nella sonda.
Nell`inventario D del 1956, in data 10 maggio 1966, si ha il seguente elenco, riportato alla lettera (a destra sono stati aggiunti i rispettivi numeri di matricola): n° 3990 Amplificatore a b.f. [bassa frequenza, N. d. R.] N° 07750; n° 3993 Trasmettitore a microonde [guida d`onda e tromba piramidale con zoccolo per Klystron, Klystron Valvo e cavo coassiale, N. d. R.]; n° 3994 Ricevitore a microonde [guida d`onda e tromba piramidale con alloggio per il diodo al germanio, diodo e cavo coassiale]; n° 3995 Dipolo di rivelazione [Sonda con relativo diodo al germanio, N. d. R.]; n° 3996 Valvola tipo 723A/B (clystron) VALVO 97353; n° 3997 Griglia di polarizzazione; n° 3998 Alimentatore speciale per clystron N° 6868 Nr. 196; n° 3999 Altoparlante N° 7548.
La ditta costruttrice è la PHYWE acronimo dell`antica Physicalische Werkstätten, Göttingen.
La strumentazione era destinata al Laboratorio di Fisica, ed è perfettamente funzionante.
Essa è stata usata il 6 aprile del 2012, all`ITIS G. e M. Montani di Fermo in occasione della sesta Giornata della Scienza “Premio Mario Guidone” da Fabio Panfili e da Federico Balilli e costituiva parte di una dimostrazione teorico – sperimentale sul tema: “La complessità della riflessione ottica” illustrato da Fabio Panfili.
Il suo uso didattico consiste infatti nella dimostrazione che le onde elettromagnetiche presentano gli stessi fenomeni delle onde materiali trasversali e della luce considerata nell`ambito piuttosto vasto del mondo macroscopico.
Con questo apparato e con gli accessori in dotazione infatti si possono mostrare la riflessione, la rifrazione, la polarizzazione e le onde stazionarie.
Per altri tipi di fenomeni si sarebbero dovuti acquistare a suo tempo altri accessori.
Nelle altre due foto si vede l`alimentatore del Klystron che permette anche di regolare la modulazione in bassa frequenza del segnale portante, generato dal Klystron a 9,45 GHz, in modo tale che esso, una volta rivelato e amplificato, si ode all`altoparlante con un suono di frequenza 50 Hz.
AVVERTENZA per chi legge le schede riguardanti questo apparato: nel caso delle onde elettromagnetiche è complesso dire che cosa “realmente” trasporti energia. Secondo il modello delle onde elettromagnetiche, descritto dalle equazioni di Maxwell-Hertz, i campi elettromagnetici fanno una strana danza mentre viaggiano alla velocità della luce anche nel vuoto (inteso anch`esso in senso classico come assenza di materia) trasportando energia.
Secondo la teoria più moderna complessa e completa, l`elettrodinamica quantistica, sono invece i fotoni, strane particelle caratterizzate da un comportamento bizzarro, i messaggeri che trasportano l`energia elettromagnetica.
Ma qui di seguito nelle altre schede ci si limiterà a considerare come “reali” le onde elettromagnetiche, per ragioni di semplicità.
Bibliografia.
Serie di Schede di Istruzioni della Phywe AG. Göttingen, senza data, da cui è tratta la figura.
Per consultare una delle 4 schede  scrivere:  “microonde” su Cerca; per vedere le altre due schede scrivere rispettivamente: “Klystron” e “Amplificatore”su Cerca.
Foto di Federico Balilli, elaborazioni, ricerche e testo di Fabio Panfili.
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Apparecchio di Foster per la dimostrazione dell’effetto Joule.
Nell’inventario generale n° 6 del 1925 a pag. 69, n° 2271/170, si legge: “Phywe Göttingen. Coppia di palloni con spirale per effetto Joule”.
 È probabile che ci si riferisca a questi due esemplari.
Come si vede nelle foto i due esemplari in vetro contengono una spirale di filo (quasi certamente di manganina) che termina con due  reofori esterni, ognuno è munito di un rubinetto e ha un tubo ad U nel quale  viene messo un liquido colorato per poi chiudere il tutto verso l’esterno.
Un tale tubo ad U è un manometro differenziale.
 Essi sono montati come nella figura N 1154 tratta da pag. 239 del  catalogo: Apparecchi per l’Insegnamento della Fisica a cura del prof. R. Magini, Officine Galileo, 1940.

 Le resistenze sono in valore una il doppio dell’altra e all’inizio della prova sono inserite in serie.  Poste ad  una certa tensione, la corrente che passa nelle due spirali riscalda l’aria contenuta nelle ampolle e provoca nei manometri un dislivello di 2:1, poiché in una si ha la resistenza doppia (2 R) che nell’altra e quindi è doppia la potenza elettrica (P₁ = 2R I²   rispetto all’altra P₂ = R I²) e dunque l’energia prodotta. Poi, usando il morsetto nel mezzo, le spirali si possono collegare in parallelo e in tal caso i dislivelli  e le correnti sono 1:2; in questo caso infatti la corrente nella resistenza R è doppia che in quella 2R e dunque P₁ = 2R I², mentre P₂ = R 4 I². Si ha insomma P₂ = 2 P₁ !
Per ulteriori prove si possono usare i due tubi separatamente misurando con cura tensioni, correnti e dislivelli.
 Chi  scrive non ha potuto far altro che cercare informazioni, non potendo fare esperimenti, poiché i filamenti di entrambi gli esemplari sono interrotti. Inoltre non è stato rinvenuto il sostegno, munito di una doppia scala verticale, che completa l’apparato ma che si vede bene nella figura N1154.
Nel redigere questo testo ho ricevuto un suggerimento autorevole  del dott. Paolo Brenni*, che ringrazio per la gentile collaborazione.
*Vedi nota in fondo.
Egli mi ha scritto:
«Secondo me nelle due esperienze possibili con tale apparecchio il calore viene semplicemente considerato proporzionale all’aumento di volume dell’aria dilatata nei tubi.
Esattamente come nel termometro di Riess.
Certo lo strumento (con due resistenze di valore R e 2R) è approssimativo e dimostrativo e non permette misure di precisione. Ma comunque in prima approssimazione funziona».
 Né io né i colleghi (anche di Chimica) consultati conoscevamo l’uso dell’apparecchio.
 La mancata esperienza diretta mi lascia non poche perplessità sull’attendibilità dei risultati di un simile apparato. All’indirizzo:
https://ia802605.us.archive.org/4/items/pricelistno5023kohlrich/pricelistno5023kohlrich.pdf
 si trova il catalogo Physikalische Apparate Max Kohl, Chemnitz i. Sachsen Preiliste Nr. 21 dei primi del Novecento, dove,  a pag. 674,  c’è la figura 2529 con la seguente scritta: «26968.  Apparat nach Foster, Fig. 2529 (W. D. Fig 504 [475]), zum Nachweis, daß die Erwärmung eines Leitungsdrahtes proportional dem Widerstand und dem Quadrat der Stromstärke erfolgt. – Foster’s apparatus for showing that the degree of hating in a conducting wire is proportional to the resistance and the square of intensity of current. – Appareil de Foster pour montrer que l’échauffement d’un fil conducteur est proportionnel à la résistance et au carré de l’intensité du courant».
Inoltre nel catalogo Physical Apparatus. Max Kohl A. G. Chemnitz (Germany).  Price List No. 50, Vols. II and III, a pag. 936 vi è la figura 62117 con la scritta: «62,117 Apparatus after Foster, Figure (W. D. Fig. 531 [504]), for showing that the heating effect on a conducting wire is proportional to the resistance and as the square of the current”.
Il catalogo è rinvinibile all’indirizzo:
https://www.sil.si.edu/DigitalCollections/trade-literature/scientific-instruments/pdf/sil14-51634.pdf
Un  riferimento riguardante questo apparecchio si trova nel “Catalogue N° 22 Appareils de Physique” della Max Kohl Chemnitz del 1925: a pag. 425 si trova la Fig. 1778, N° 34591 (che è identica a quella N° 2529 ) e sotto vi è la scritta seguente: «34591 Appareil de Foster, Fig. 1778, pour démontrer que l’échauffement d’un fil conducteur est proportionnel à la résistance et au carré de l’intensité du courant».
Esso è rinvenibile all’indirizzo:
http://cnum.cnam.fr/PDF/cnum_M9901.pdf
 A pag . 940 del catalogo Physikalische Apparate  Max Khol A. G. Chemintz Preiliste Nr. 100, Band III. del 1926  si trova la figura 94954  (che non riportiamo) con la scritta: «94954 Apparat nach Foster, Figur (W, D, Fig. 603), zum Nachweis, daß die Erwärmung eines Leitungsdrahtes proportional dem Widerstand und dem Quadrat der Stromstärke erfolgt». Che tradotto significa: “94954 Apparecchiatura secondo Foster, figura (W, D, Fig. 603), per dimostrare che il riscaldamento di un filo conduttore è proporzionale alla resistenza e al quadrato della corrente”.
La pagina si trova all’indirizzo:
https://vlp.mpiwg-berlin.mpg.de/library/data/lit21186/index_html?pn=256&ws=1.5
E ancora si trova la stessa configurazione nel catalogo: Preis-Verzeichnis über Physikalische Apparate. Instrumente und Gerätschaften von  G. Gerhardt  Bonn a. Rhein del 1893, dove  a pag. 112 c’è la figura 2140 e a pag. 113 si legge: «2140. Apparat zum Nachweise, dass die Erwärmung eines Leitungsdrahtes dem Widerstande und dem Quadrate  der Stromstärke  proportional ist, nach Foster». Rinvenibile all’indirizzo:
https://www.sil.si.edu/DigitalCollections/trade-literature/scientific-instruments/files/52520/imagepages/image120.htm

E, per finire, si trova anche nel catalogo Physical Apparatus, Baird & Tatlock ( London) Ltd. 1912, a pag. 524:
«9664. Foster’s Experiment. to show that the heating of conducting wires is in proportion to the resistance and the square of strength of current, consisting of two glass globes equal size, one having twice the length of platinum wire inside the globe than the other; on stand. (See Jamieson’s “Electricity and Magnetism,” 1907 Edition, page 219.) … £ 2 5  0». Rinvenibile all’indirizzo:
https://www.sil.si.edu/DigitalCollections/trade-literature/scientific-instruments/pdf/sil14-52548.pdf\
 Ciò significa che all’epoca questo dispositivo era molto diffuso e che il suo inventore fu il prof. G. Carey Foster (1835 – 1919) un chimico e fisico inglese famoso per il suo ponte per le misure di resistenze elettriche.
  Foto di Claudio Profumieri, elaborazioni, ricerche e testo di Fabio Panfili.
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 *NOTA: Paolo Brenni, (1954 – 2021) laureato in Fisica Sperimentale presso l’Università di Zurigo, era specializzato nella storia degli strumenti scientifici e dell’industria di precisione. Ricercatore presso il CNR di Firenze e  autore di numerosi articoli e cataloghi, è stato  presidente della Scientific Instrument Commission dell’International Union of the History and Philosophy of Science e Presidente in carica della Scientific Instrument Society.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Anello di Gravesande.
Nell`inventario del 1912, a pag. 51, n° 872, si legge testualmente: “Sfera metallica con anello per dimostrare la dilazione [sic] dei corpi solidi col calore. Condizione buona. ₤ 2 ” . Destinato all`Aula di Fisica.
Questo esemplare è forse il più antico tra gli esemplari di Anello di Gravesande della collezione del Montani e manca della catenella tra il gancio e la sfera.
La sfera, a temperatura ambiente, deve passare liberamente ma esattamente nell`anello. Dopo aver spostato l`anello affinché rimanga freddo, si scalda la sfera alla fiamma per un breve tempo. Poi si appoggia la sfera sopra l`anello e si osserva che essa non passa più. Se si attendono alcuni minuti, la sfera cadrà attraverso l`anello.
Ciò mostra in modo qualitativo la dilatazione termica dei solidi.
Secondo R. Pitoni, la priorità dell`esperienza di “s`Gravesand” spetta all`Accademia del Cimento “che invece di una sfera adoperava un cilindro”.
W. J. s`Gravesande (1686-1742).

La figura 3.6 è a pag 219 di Ing. S.L. Straneo, Fisica, Paravia Torino, 1975.

La figura 1 è tratta da L. Amaduzzi, Elementi di Fisica ad uso dei Licei I Meccanica e Cosmografia, N. Zanichelli, Bologna.
La figura 229 è a pag. 230 di Elementary Treatise on Physics Experimental and Applied translated and edited from Ganot’s Éléments de Physique by E. Atkinsons, New York, William Wood and Co. 1875; che si trova all’indirizzo: archive.org/details/elementreatisephys00ganorich .

La figura 4907 è a pag. 55 del: Priced and Illustrated Catalogue of Physical Instruments Chemical and Chemical Apparatus James W. Queen & Co. – Philadelphia, 1884; ma il modo ivi indicato richiede di abbassare l’anello verso la sfera, dopo aver spento la fiamma, e mostrare che l’anello non passa intorno alla sfera fino a che essa non si sarà di nuovo raffreddata.
 Il catalogo è rinvenibileall’indirizzo:
https://www.sil.si.edu/DigitalCollections/trade-literature/scientific-instruments/files/52503/
 Lo stesso dicasi per la figura 6172 di pag. 171 del Katalog über Apparate, Instrumente und Utensilien für den Physikalischen Unterricht, Richard Müller-Uri Glastechnische Werskstätte und Lager Braunschweig, 1909, Rinvenibile all’indirizzo:
https://www.sil.si.edu/DigitalCollections/trade-literature/scientific-instruments/pdf/sil14-52540.pdf
Ed è quasi identica alla figura 797 che si trova a pag. 213 del Catalogue n° 22, Appareils de Physique, Max Kohl Chemnitz Saxe, 1905, che riportiamo perché è più chiara nei particolari; vedere all’indirizzo:
http://cnum.cnam.fr/PDF/cnum_M9901.pdf .
Riteniamo più che opportuno riportare un brano del cap. X del testo di E. Perucca, citato in bibliografia.
«La sfera deve passare liberamente ma esattamente nell’anello a temperatura ambiente: quando l’equatore della sfera è l’anello, la sfera non deve aver giuoco.
Spostare l’anello affinché la sfera, appesa alla sua catenina, possa venire scaldata dalla fiamma aerata del becco Bunsen senza che questa scaldi l’anello, e, d’altra parte, aiutandosi con le pinze da fuoco, si possa poi poggiare la sfera calda sull’anello.
In una esperienza preliminare si determini il tempo necessario a un riscaldamento della sfera, tale che la sfera stessa resti appoggiata sull’anello ~ 5 minuti, prima di cadere.
Non scaldare eccessivamente; si rovina la sfera, si deve attendere prima che cada; l’ossido sulla sfera la rende poco atta a scorrere nell’anello.
Sfera e anello devono essere conservati ben puliti e lisci; se, per insufficiente riscaldamento, la sfera non is ferma sull’anello, poco amle; rimettere la sfera sulla fiamma ancora per 15 ÷ 20 sec.»
Bibliografia.
E. Perucca, Guida pratica per esperienze didattiche di fisica sperimentale, N. Zanichelli, Bologna 1937.
R. Pitoni, Storia della fisica, S.T.E.N., Torino 1913.

Foto di Daniele Maiani, elaborazioni, ricerche e testo di Fabio Panfili.
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Accessori per l`apparecchio universale di proiezione E. Leybold.`s Nachfolger, Cöln-Rhein.
La prima foto e la seconda mostrano alcuni degli accessori ancora rinvenibili della collezione del Montani.
Da sinistra a destra e dall`alto in basso.
Sostegno per nicol e spati. Specchi di Fresnel. Grande prisma per la riflessione interna totale. Tre porta lastrine. Due spati d`Islanda e due nicol. Un dispositivo a tre fenditure il cui uso è illustrato nel disegno tratto dal catalogo della ditta, in cui si osserva la visualizzazione dei raggi luminosi che attraversano una lente convergente immersa in un liquido. Un diaframma ad iride regolabile. Una fenditura regolabile con vite micrometrica.
Nelle foto non sono presenti: uno specchio 20 × 20 cm, il dispositivo per mostrare gli anelli di Newton e il prisma di Amici.
La figura 2132E, relativa al dispositivo a tre fenditure, è tratta dal Catalogue of Physical Apparatus (with descriptions for use) E. Leybold’s Nachfolger Cologne, (Germany) dei primi del Novecento, che si trova all’indirizzo:
https://www.sil.si.edu/DigitalCollections/trade-literature/scientific-instruments/files/52546/
Le altre figure sono tratte dal Catalogue des Appareils pour l’Enseignement de la Physique construit par E. Leybold’s Nachfolger, Cologne, 1905, che si trova all’indirizzo:
http://cnum.cnam.fr/PDF/cnum_M9915_1.pdf
In particolare riportiamo qui le foto e la figura 3293 di un “Ajutage avec 3 fentes,  pour expériences sur l’optique géométrique  . . . 10 Francs”.
Inoltre vi sono le foto di tre sostegni per lenti o lastrine.
Per maggiori informazioni vedere le schede relative agli accessori  riportate nell’elenco degli strumenti di Fisica di questo museo virtuale scrivendo “Rhein” su Cerca.
Foto di Claudio Profumieri, elaborazioni, ricerche e testo di Fabio Panfili.
Per ingrandire le immagini cliccare su di esse col tasto destro del mouse e scegliere tra le opzioni.