Interferometro

L’idea di poter allestire un interferometro di Michelson nasce dal desiderio della prof.ssa Cristina Sironi di arricchire il laboratorio di Fisica della scuola con uno strumento sofisticato, versatile e di cruciale importanza storica. Nel contempo, la progettazione dello stesso, la sua realizzazione e la messa a punto hanno rappresentato occasioni uniche di studio e ricerca nell’ambito della Fisica.

La proposta di collaborazione è stata portata al Prof. Claudio Goletti, coordinatore del corso di studi di Scienza dei Materiali dell’Università di Roma “Tor Vergata”, che, insieme alla prof.ssa Anna Sgarlata e al dott. Giovanni Casini, ha accettato di inserire il progetto nell’ambito PLS (Piano Lauree Scientifiche).

Undici studenti delle classi 4D e 5B hanno lavorato affinché lo strumento fosse operativo per la fine dell’anno scolastico. La scelta delle classi è stata dettata dall’aderenza con gli argomenti trattati nella didattica ordinaria, in particolare lo studio dell’ottica fisica nella classe quarta e l’esperimento di Michelson e Morley nella classe quinta.

Materiali e metodi

In un primo sopralluogo nel laboratorio del Liceo sono stati individuati quei materiali che avrebbero potuto essere utilizzati, una volta riadattati, per la costruzione dell’interferometro: una sorgente laser He-Ne (marca Uniphase), due bracci originariamente parte di un banco ottico e un micrometro Palmer. L’Università di Tor Vergata ha poi fornito la strumentazione seguente:

• un banco ottico con movimenti xyz per il supporto del laser e della lente convergente;
• ai due bracci di un banco ottico della scuola sono stati adattati dei porta aste;
• una lente convergente piano-convessa in BK7, di 5 mm di diametro e 8 mm di lunghezza focale, con rivestimento anti-riflesso, efficace nel visibile;
• un sostegno per la lente di diametro 5 mm;
• due specchi di diametro 30 mm qualità lambda/4;
• due movimenti per l’inclinazione fine degli specchi;
• uno specchio semiriflettente rettangolare 50T/50R di qualità 4 lambda di dimensioni 3 x 51 x 76 mm, con opportuno supporto fisso;
• un movimento fine della distanza creato con il micrometro Palmer della scuola e pezzi realizzati dall’officina dell’università;
• una tavola di supporto in MDF 1,9 x 85 x 100 cm;
• quattro supporti anti-vibrazione in materiale viscoelastico;
• uno schermo su supporto;
• una camera cilindrica di diametro 81 mm, lunghezza 57 mm, distanza interna fra le finestre 50 mm, finestre in vetro borosilicato di 50 mm di diametro e 3,3 mm di spessore, qualità 4 lambda, apertura ottica utile 46 mm.

Gli studenti aderenti al progetto hanno lavorato suddivisi in tre gruppi, ciascuno con un compito preciso: selezione di materiali e strumenti, in base alle loro caratteristiche e reperimento degli stessi; predisposizione dei testi di presentazione da pubblicare sul sito, a supporto dei docenti e degli studenti che utilizzeranno l’interferometro; progettazione della geometria dell’apparato sperimentale con software 3D.

Al fine di coordinare e monitorare lo stato di avanzamento dei lavori, sono stati organizzati sei incontri, tre dei quali svolti nel Laboratorio di Didattica della Fisica e della Matematica dell’Università “Tor Vergata”, e i restanti tre nel Laboratorio di Fisica del Liceo.

Le diverse parti dell’interferometro sono state assemblate nel laboratorio dell’Università, in modo tale da poter intervenire, grazie alla presenza di un’officina, su eventuali problemi di funzionamento. Data la delicatezza dello strumento, si è realizzata un’installazione permanente dello stesso. Per questo è stato posizionato nel locale adiacente al Laboratorio di Fisica, dove è stato possibile sia appoggiare l’interferometro su un bancone del tutto identico a quelli presenti in Laboratorio, sia oscurare le finestre mediante pellicola adesiva.

Dalle prove effettuate in fase di collaudo si è notato quanto sia determinante, per la buona riuscita delle misure, poter isolare l’interferometro dal bancone. Per questo la lastra di MDF poggia su quattro supporti di materiale viscoelastico, che assorbono le vibrazioni della struttura dell’edificio scolastico.

• Interferometro di Michelson
• Misura della lunghezza d’onda della sorgente laser
• Misura dell’indice di rifrazione dell’aria

Arricchire il laboratorio di Fisica con uno strumento sofisticato, versatile e di cruciale importanza storica. Progettare, realizzare e metter a punto lo strumento.