Gli strumenti ottici in fisica: telescopio e microscopio

STRUMENTI OTTICI PIU' COMUNI: IL TELESCOPIO

Tra gli strumenti ottici, oltre alla lenti analizzate in precedenza, si parlerà in questa sezione del telescopio e del microscopio. Il telescopio è il più importante strumento in dotazione all'astronomia. Esso raccoglie e focalizza la radiazione elettromagnetica emanata dall'oggetto che si vuole osservare. Il telescopio a cui più comunemente si è abituati è quello in cui la suddetta radiazione ha una frequenza tale da rientrare nel campo del visibile, il telescopio funziona semplicemente in modo ottico: ed è quel tubo con lenti ben noto all'immaginario collettivo.

La parola "telescopio", infatti, ci si riferisce generalmente ad un telescopio ottico, ma esso non è che un caso particolare di telescopio: se ne costruiscono infatti per osservare tutto lo spettro elettromagnetico, non solo la sua porzione visibile dall'occhio umano. I telescopi aumentano la grandezza apparente degli oggetti, assieme alla loro luminosità.
Galileo fu il primo ad usare un telescopio per fini astronomici: naturalmente si trattava di uno strumento ottico.
I radio telescopi sono antenne radio che, al pari degli specchi dei telescopi che lavorano in ottico, focalizzano la radiazione, amplificandola, nel fuoco geometrico dell'antenna dove è posto il detector che raccoglie il segnale radio.
Sono a volte costruiti con una griglia di fili conduttori, le cui aperture sono più piccole della lunghezza d'onda osservata. I radio telescopi sono spesso usati a coppie, o in gruppi più numerosi, per ottenere diametri "virtuali" proporzionali alla distanza tra i telescopi interferometria. I gruppi più grandi hanno collegato telescopi sui lati opposti della Terra. Questa tecnica viene adesso applicata anche ai telescopi ottici.

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STRUMENTI OTTICI FISICA: IL MICROSCOPIO

Il microscopio è uno strumento ottico atto a fornire un’immagine ingrandita di un piccolo oggetto osservato attraverso di esso.
Come per il telescopio, a seconda della radiazione utilizzata per “illuminare” il campione, si distinguono due tipi principali di microscopio, quello ottico e quello elettronico: nel primo si impiega radiazione visibile (luce), nel secondo un fascio di elettroni accelerati.

Il microscopio ottico fu inventato tra il XVI e il XVII secolo; la sua paternità è controversa, ma la maggior parte delle fonti la attribuisce all’olandese Zacharias Jansen, che avrebbe costruito il primo esemplare nel 1595.
Per l’invenzione del microscopio elettronico, invece, che vanta prestazioni di gran lunga superiori a quello ottico, si è dovuto aspettare la messa a punto della tecnologia elettronica: la sua invenzione risale al 1931.

IL POTERE RISOLUTIVO DELL'OCCHIO UMANO

L'occhio umano ha un potere risolutivo di 75-100 micron, infatti una persona, dotata di vista normale, tiene uno scritto alla distanza di 25-30 cm dai suoi occhi per poter mettere correttamente a fuoco i caratteri della stampa. Sempre a tale distanza è possibile veder separate 2 linee o 2 punti distanti almeno 75-100 micron uno dall'altro. Al di là di tali limiti si vede una riga o un punto solo e si deve far ricorso alle lenti o al microscopio per poter ancora vedere le 2 linee o i 2 punti. Quindi il limite di 75-100 micron è, per l'occhio umano, il potere di separazione o risolutivo.

Il potere risolutivo di un microscopio può variare in base alle caratteristiche costruttive; in alcuni casi è dell’ordine di grandezza dei 0,2 micron. E’ importante sottolineare che la visione distinta di oggetti sempre più piccoli non può essere ottenuta solamente aumentando il potere di ingrandimento. La diffrazione pone un limite inferiore alla distanza di separazione tra due punti in posizioni distinte.

Questa distanza minima è data da:

lmin = 1,2λ / 2nsinα

dove λ è la lunghezza d'onda della luce che illumina l'oggetto, n l'indice di rifrazione del mezzo interposto tra oggetto e obiettivo, α il semiangolo del cono di raggi utili che ha il vertice nel centro dell'obiettivo.

Per la luce bianca il limite è di 1/3.636 mm, per quella violetta 1/4.564 mm.

Per aumentare il potere risolutivo, si utilizzano sorgenti di luce ultravioletta, che non agiscono più sull'occhio ma su una lastra fotografica. In questo caso vengono utilizzati obiettivi al quarzo, ottenendo una separazione di due punti distanti fra loro un decimilionesimo di millimetro.

COSTITUENTI DEL MICROSCOPIO

Ogni microscopio ha come costituenti fondamentali un obiettivo ed un oculare.
La distanza tra oculare e oggetto dell'osservazione è invariabile in qualsiasi tipo di microscopio, la messa a fuoco dell'oggetto avviene attraverso spostamento del sistema ottico utilizzato.

L'oggetto (o preparato o provino), viene per lo più ridotto in una lamina sottile e posto su una lastrina di vetro (vetrino) ed illuminato dal basso tramite un condensatore ottico (illuminazione per trasparenza o a campo chiaro) oppure lateralmente (illuminazione in campo scuro). Per ottenere una maggiore risoluzione può essere aggiunto, tra il preparato e l'obiettivo, un liquido rifrangente (obiettivo a immersione).

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