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I COLORI

Pillola N° 22

Cari amici ciechi ed ipovedenti,
eccovi la seconda parte, conclusiva, della trattazione di Andrea Alimenti riguardante la luce ed i colori.
Buona lettura.

Nella pillola precedente avevamo accennato alle grandezze con cui si descrivono le onde, cioè frequenza, lunghezza d’onda e velocità di propagazione.

Ci eravamo lasciati dicendo che quando ascoltiamo la musica, i suoni emessi da differenti strumenti, quindi suoni a diverse frequenze, viaggiano tutti alla stessa velocità, altrimenti alle nostre orecchie i suoni arriverebbero tutti con ritardi diversi e non potremmo godere della buona musica.

Con la consapevolezza ora che onde acustiche, quindi tutte dello stesso tipo, anche se a frequenze diverse viaggiano tutte alla stessa velocità, ecco che vi dico che anche la luce si comporta in questo modo.

Aggiungo anche che qualunque frequenza dell’intero spettro elettromagnetico -nel vuoto- va alla velocità di 300 mila chilometri al secondo.

Se invece di trovarsi nel vuoto fossimo immersi in aria, in acqua od altri mezzi il discorso è un po’ differente ma ora non lo approfondiamo.
   
Comunque, è bene soffermarsi sulla velocità identica per frequenze diverse.

Per fare questo è necessario risaltare a bordo della nostra barchetta e ritornare in mezzo al mare.

Ora vi farò una domanda, cercate di immaginare la situazione per comprendere il concetto.

Stiamo in un mare particolare dove esistono insieme onde di frequenze diverse ma che vanno comunque tutte alla stessa velocità, proprio come nell’orchestra di prima.

Guardando intorno alla nostra barca, vediamo che stanno arrivando queste onde, ma notiamo che le onde a destra hanno una frequenza maggiore delle onde di sinistra.

Cioè mi spiego meglio, se mi metto nella parte destra della barca, esposta quindi alle onde a frequenza alta, mi sentirò fare su e giù molte volte al minuto.

Se mi metto sul lato sinistro della barca, in balia delle onde a frequenza bassa, mi sentirò oscillare poche volte al minuto.

Il problema però è che sia le onde di destra che le onde di sinistra vanno alla stessa velocità.

Ecco la domanda: se sia le onde a frequenza alta che quelle a frequenza bassa vanno alla stessa velocità, che cosa è che deve ulteriormente distinguere queste onde?

Ecco abbiamo precedentemente detto che le onde le descrivo tramite frequenza, lunghezza d’onda e velocità.

Quindi in queste onde differenti in frequenza ma uguali in velocità cosa c’è che cambia?

Soffermatevi a pensare finché non credete di avere la soluzione.

Trovata una risposta? Ora la vediamo insieme.

Se le onde di destra hanno una frequenza superiore di quelle di sinistra, ma uguale velocità, questo vuol dire necessariamente che le onde di destra sono molto più corte delle onde di sinistra!

Se conto quante onde mi arrivano in un minuto, ed ho delle onde molto corte, io verrò investito da un bel numero di queste onde, perché, essendo corte, ne arrivano tante in un minuto, una dietro l’altra.

Se le onde invece sono lunghe allora, nello stesso periodo di prima conterò solo poche onde lunghe.

Ecco allora un concetto importante che ci servirà molto: le onde ad alta frequenza hanno dimensioni piccole, sono corte; le onde a bassa frequenza sono lunghe.

Ora abbiamo tutte le conoscenze necessarie per iniziare a parlare di colori, quindi facciamolo!

Lo spettro elettromagnetico si divide in vari settori, in varie parti, in varie radiazioni chiamate con nomi diversi infrarosso, microonde, raggi x ecc. queste sono tutte onde elettromagnetiche uguali ma differenti in frequenza.

E proprio le differenti frequenze causano comportamenti differenti per tutte queste radiazioni.

La luce visibile è solo una piccola parte di tutte queste frequenze, è il solo intervallo che può vedere l’occhio umano.

Le onde elettromagnetiche che noi possiamo vedere oscillano tra 790 e 435 mila miliardi di volte al secondo, ed hanno nel vuoto una lunghezza d’onda compresa tra i 400 e i 700 milionesimi di millimetro.

Come per i suoni è impensabile poter contare queste oscillazioni così rapide, ma l’occhio umano, con il cervello, associa, riceve da ognuna di queste frequenze una sensazione differente.

Queste sensazioni noi le chiamiamo colori! Ma a quale frequenza corrisponde quale colore?

Ecco, come per i suoni, frequenze basse come quelle prodotte da un contrabbasso corrispondono a suoni gravi, per la luce le frequenze più basse vengono viste di color rosso.

Frequenze alte invece, come il suono di un violino, sono paragonabili al blu.

Ma come tra il suono di un contrabbasso e quello di un violino esistono una miriade di suoni intermedi, anche tra il rosso e il blu esistono molti colori differenti.

Simile al rosso, come un suono un po’ più acuto di un contrabbasso, abbiamo l’arancione o il giallo, a frequenze ancora superiori il verde e ancora più su troviamo il blu e il violetto.

Il nostro Sole però non ci manda un colore alla volta ma tutti insieme.

Ecco che quindi se si fissasse il Sole, ma fa male guardarlo direttamente, noi vedremmo tutte queste frequenze insieme.

Questo è paragonabile a sentire tutti gli strumenti di un’orchestra suonare contemporaneamente.

Per noi vedere tutte le frequenze luminose contemporaneamente corrisponde ad una ben precisa sensazione chiamata bianco.

Il bianco è la somma di tutti i colori, esattamente come l’esempio dell’orchestra in cui tutti gli strumenti suonano nello stesso istante.

L’assenza di tutti i colori invece, quindi la mancanza di luce la chiamiamo nero.

Quindi potremmo dire che il silenzio è nero.

Come stare in un luogo senza ascoltare nulla è difficile poter capire se ci si trova in una stanza, in un grosso atrio o all’aperto, così per i vedenti è impossibile orientarsi e muoversi al buio senza luce.

Infine combinando più colori insieme posso avere ulteriori colori, come combinando insieme diversi suoni posso ottenere suoni che in realtà nessuno strumento singolarmente potrebbe produrmi.

In realtà ad ogni frequenza ottica corrisponde un colore diverso, ma un singolo colore può venire visto da me formato da frequenze differenti.

Ad esempio l’arancione, esiste una determinata e singola frequenza elettromagnetica che mi fa vedere questo colore, ma anche combinazioni di frequenze differenti possono in me far sentire la stessa sensazione che io chiamo arancione.

Ora abbiamo capito cosa sono i colori, ma perché vedo gli oggetti di colori diversi?

Adesso è utile pensare alla luce non solo come se questa fosse composta da onde elettromagnetiche, ma anche come se la luce fosse composta da piccolissime particelle, diciamo palline, chiamate fotoni.

In effetti la fisica quantistica oggi riesce a spiegare tanti fenomeni considerando la luce come formata da tanti corpuscoli, appunto i fotoni, ognuno di un colore diverso.

Il problema è che finché non entrano nel mio occhio un po’ di queste palline io non vedo alcunché, anche se magari queste palline stanno passando proprio davanti a me!

Immaginate due persone che si lanciano a vicenda un pallone, se questo pallone fosse un fotone, io non potrei vedere cosa si stanno lanciando queste due persone, ma se poi mi mettessi tra di loro, ecco che quel pallone mi colpirebbe, sentirei la botta, e direi: ecco la luce!

Il Sole allora spara questi fotoni da tutte le parti, qualcuno entra direttamente nel mio occhio e mi permette di vedere la luce del disco solare, altri invece cadono sugli oggetti che mi circondano.

Questi oggetti, a seconda del materiale di cui sono composti, hanno particolari affinità solo con alcuni di questi colori, e allora di tutte queste palline, rosse, verdi, blu, parte verranno assorbite dal materiale, altre riemesse o riflesse.

Ora se prendo ad esempio un maglione e lo metto alla luce del Sole, su di esso arriveranno i fotoni di tutti i colori.

Ma questo maglione assorbe tutti i fotoni tranne quelli che portano, ad esempio, il rosso.

I fotoni rossi quindi rimbalzeranno in ogni direzione sul maglione e parte di questi finirà nei miei occhi.

Di che colore è quindi questo maglione? Ovviamente rosso!

Se ho una maglia che invece assorbe tutti i colori tranne il verde, allora il verde viene respinto ed io vedrò la maglia verde.

I pantaloni neri invece assorbono proprio tutti i colori senza lasciarne scappare alcuno, e allora ai miei occhi non arriva nulla e io li vedo neri, mentre una camicia bianca riflette tutti i colori.

Cosa succede ai fotoni assorbiti? Beh questi trasportano comunque energia che quindi viene ceduta al corpo che li assorbe, generalmente sotto forma di calore.

Ecco perché un vestito nero d’estate è caldissimo, perché questo assorbe i fotoni di ogni colore che cedono energia al vestito e quindi gli cedono calore.

Ora ci avviamo alla parte conclusiva di questo discorso legando le nozioni qui presentate all’astronomia.

Per cercare di capire ad esempio perché il cielo è azzurro o il Sole al tramonto è rosso.

In effetti il sole spara fotoni da tutte le direzioni, ma io se mi trovassi nello spazio, ad esempio sulla stazione spaziale internazionale (pillola N°6), non vedrei attorno al Sole luce ovunque.

Attorno al Sole vedrei il cielo nero, perché quei fotoni che stanno passando li, non sono diretti su di me cioè dentro i miei occhi, e quindi non li vedrei.

Posso vedere solo quelli che dal Sole vengono dritti dritti nelle mie pupille, e quindi ecco che vedrei soltanto la brillante sagoma del Sole.

Sulla Terra il discorso è differente perché c’è l’atmosfera.

L’atmosfera è composta da molecole di differenti gas: azoto, ossigeno, anidride carbonica, ma anche da polveri, pòllini e pulviscolo vario.

Ecco che quindi i fotoni che partono dal Sole, solo pochi riescono ad arrivare dritti per dritti nei miei occhi e mi permettono di vedere il sole.

Altri verranno deviati dai componenti dell’atmosfera e dopo aver rimbalzato più volte in varie direzioni questi arrivano comunque nel mio occhio anche da direzioni diverse come quando sto dentro casa con le finestre aperte ed il cielo è nuvoloso.

Per lo stesso motivo stando sulla Terra, quando c’è il Sole, il cielo è luminoso e colorato di azzurro, non è nero come per gli astronauti nello spazio.

Ma perché è proprio azzurro? Per capirlo usciamo un po’ fuori dal discorso colori con esempi che potrebbero sembrar fuori luogo ma non lo sano.

Se una persona cammina su ghiaia o sui sassolini sente che c’è qualcosa di strano, quasi fastidioso sotto i piedi ma riesce ad andare ugualmente per la sua strada.

Se però questa persona incontra davanti a se un sasso che gli arriva ad esempio all’altezza della vita ecco che se la persona non lo vede ci andrà a sbattere e cadrà a terra da qualche parte, magari supererà il masso comunque, oppure rimbalzerà di lato.

Infine se una persona incontra davanti a sé un muro… beh non c’è speranza che quella persona riesca ad oltrepassare anche questo ostacolo.

Cosa abbiamo notato?

Che ostacoli piccoli non ci impediscono di avanzare, ostacoli simili alle dimensioni di una persona ci fanno cascare da qualche parte, mentre i muri grandi ci bloccano completamente.

Uguale succede per la luce! Se la luce incontra ostacoli piccoli lei va dritta per dritta indisturbata.

Ma piccoli quanto? Beh molto più piccoli rispetto alla lunghezza d’onda del colore che tenta di passare… quindi molto molto piccoli.

Quando invece la luce incontra ostacoli con dimensioni paragonabili alla sua lunghezza d’onda ecco che anch’essa “inciampa” e viene diffusa, rimbalza, in tutte le direzioni.

Infine un oggetto molto grande rispetto alla lunghezza d’onda della luce, la ferma completamente e dietro questo oggetto si formerà quindi un’ombra.

Con queste nozioni possiamo capire perché il cielo è blu.

In effetti tutti gli elementi di cui è composta la nostra atmosfera hanno dimensioni simili alle lunghezze d’onda del blu, quindi questo colore quando arriva sulla Terra e deve attraversare questo guanto di gas che ci avvolge, ecco che viene diffuso da tutte le parti e il cielo acquista questa colorazione.

Ma perché a volte vediamo il Sole rosso?

Beh il colore rosso ha una lunghezza d’onda più grande del blu, per lui le dimensioni delle molecole della nostra atmosfera hanno dimensioni piccolissime e quindi lui può passare dritto quasi indisturbato.

È per questo motivo, quindi, che il Sole è rosso al tramonto.

Quando la nostra stella è così bassa sull’orizzonte infatti, prima che un suo raggio arrivi fino a noi per illuminarci deve attraversare un grandissimo spessore di atmosfera perché lo penetra in modo molto obliquo essendo la terra rotonda.

Per far capire bene questo concetto ai nostri corsi di astronomia per ciechi ed ipovedenti utilizziamo uno strumento didattico molto semplice, come tanti altri strumenti, superando così le difficoltà di spiegare un concetto così difficile con le sole parole.

Termino qui con la luce ed i colori sperando di avervi fornito qualche lume per la comprensione di questi difficili concetti che normalmente sono oscuri alla maggior parte delle persone.

Vi lascio con i miei più fervidi auguri di BUON NATALE e Felice 2016.

Andrea Alimenti
andreaalimenti@libero.it
Cell. 349 6521625