Come utilizzare un banco ottico

Come spiega il suo stesso nome, il banco ottico non è altro che un dispositivo che consente di applicare o verificare alcune leggi di ottica, e nello specifico di ottica geometrica, ricorrendo agli strumenti classici della didattica dell’ottica quali fenditure, specchi, lenti, sorgenti, eccetera. In cosa consiste il vantaggio di utilizzare un banco ottico, invece che, più banalmente, uno specchio o una lente? La ragione va trovata nel fatto che con il banco ottico non si è costretti a uno schema preordinato che deve essere studiato: viceversa, è possibile creare uno o più strumenti personalizzati. Analizzando l’aspetto pratico, nel percorso ordinario di un laboratorio di didattica dell’ottica, si possono usare diversi strumenti come: diversi tipi di bersagli e ostacoli (per esempio, sfere, dischi, frecce, eccetera); diversi tipi di sorgenti (ad apertura variabile, estese, puntiformi, eccetera); diversi tipi di lenti (convesse, concave, con raggi differenti di curvatura, eccetera). Quando ci si riferisce al banco ottico si parla generalmente di applet, anche se in realtà il termine giusto da utilizzare sarebbe quello di libreria. Con il banco ottico, non si ravvisa il bisogno di effettuare le sperimentazioni in un locale privo di luce; inoltre i parametri numerici possono essere verificati all’istante. Un altro vantaggio è rappresentato dal fatto che non esiste possibilità di scheggiare o graffiare gli strumenti ottici. Il banco ottico presenta diverse applicazioni (specchio, cavità laser, lente sottile, fibra ottica, lente e dielettrico), ciascuna delle quali fa riferimento a un modo d’uso differente. Quali sono i concetti fisici e matematici necessari per poterlo usare? Innanzitutto i teoremi (con annessi corollari) dell’applicazione che si sta usando; in secondo luogo, tutte le leggi dell’ottica geometrica, così come i principi generali dell’ottica, della propagazione della luce e della costruzione di immagini. Per spiegare l’utilizzo del banco ottico, faremo riferimento all’applicazione della cavità laser. Utilizzando questa applet, l’utente ha la possibilità di simulare il percorso di un raggio luminoso, simulando (in maniera approssimativa, ovviamente) quanto accade all’interno di una cavità laser, che si riflette tra due specchi contrapposti. L’asse ottico principale è rappresentato da una linea gialla. Per rendere lo specchio un elemento attivo, è sufficiente cliccarvi sopra. In questo modo apparirà una linea verticale verde, che simboleggia la perpendicolare dell’asse ottico che segnala la posizione dello specchio. Inoltre compariranno sull’asse ottico anche due punti bianchi, rappresentanti le posizioni del fuoco dello specchio. La sorgente iniziale, invece, è rappresentata dal quadrato rosso. Cliccandovi sopra, esso diventa bianco, e fa apparire un punto bianco lungo la direzione del raggio luminoso emesso. Per decidere quanto è possibile distanziare gli specchi, evitando che la cavità perda stabilità (vale a dire evitando di far sì che cambi la lunghezza focale iniziale dei due specchi) è sufficiente, infine, spostare uno dei due specchi.