Immagini nell´occhio

In questo articolo presentiamo gli esperimenti del video “Immagini nell’Occhio”. Li inquadriamo nella storia della scienza con una particolare attenzione alla didattica.

Keplero e la perspectiva

Come racconta lo storico dell’ottica David C. Lindberg [1]

qualcosa di molto simile alla disciplina che oggi chiamiamo ottica esisteva durante il medioevo nella scienza della perspectiva. Questa scienza si occupava di temi come la natura e la propagazione della luce e del colore, l’occhio e la visione, le proprietà degli specchi e delle superfici che rifrangono, la formazione dell’immagine per riflessione e rifrazione, e fenomeni meteorologici che coinvolgono la luce. Inoltre, prendeva un punto vista ampio su questi argomenti, rifiutando di confinarsi nella descrizione matematica o nell’analisi causale, ma insistendo su un approccio unificato che investigava la matematica, la fisica, la fisiologia e perfino (fino a un certo punto) la psicologia e l’epistemologia del processo visivo.
Una disciplina così ampia e articolata non era né sempre esistita, né aveva attratto studiosi in gran numero. Nacque soprattutto grazie agli sforzi di Ibn Al-Haytham (noto nel mondo latino come Alhazen) e apparse in occidente nel tredicesimo secolo con Roger Bacon. Alla fine, Johannes Kepler raccolse la tradizione della perspectiva, e attraverso di lui divenne la fondazione della moderna scienza dell’ottica.

Nella prima parte del video si spiega la costruzione di un modello di occhio con uno scatolone cubico, del nastro adesivo e dell’alluminio da cucina. Le istruzioni dettagliate si trovano qui [LINK].
Su reinventore.it potete trovare anche il kit completo (link) che contiene anche uno scatolone ottagonale bianco (video costruzione).

È un’attività che per certi versi germina da un’esperienza che Kepler fece da giovane insegnante a Graz. Egli costruì nella piazza del mercato un grande tendone, o scatolone, con un buco per studiare un’eclissi di sole (e farla studiare a tutta la città). Ripetere questa esperienza con i materiali semplici è stato l’oggetto di un nostro articolo di “spazzascienza” sulla rivista PM [LINK].

Entrare con la testa nello scatolone è un po’ come entrare in questo tendone di Kepler, un po’ come essere la retina ed andare a leggere l’immagine nell’occhio, un po’ come entrare nella camera oscura descritta da Giovan Battista Dalla Porta [2]:

per veder quelle cose in oscuro in una camera, che sono fuori illuminate dal sole, e con i suoi colori, è bisogno che prima chiudiate le fenestre della camera, e seria ancor meglio, se si otturassero tutte le fissure, che non entrasse lume dentro… buserai una fenestra, farai un buco della grossezza di un dito per lungo e per largo, sopra vi accomoderai una tavoletta di piombo, ovvero di rame, e ce la incollerai, della grossezza di un cartone, nel cui mezzo farai un buco rotondo della grossezza del dito picciolo della mano, all’incontro vi porrà lenzuola bianche, ò panni biancheggiati, overo una carta, così tutte le cose che di fuori sono illuminate dal sole, le vedrai dentro, vedrai, che coloro che passeggiano per le strade, rivolti con la testa in giù come antipodi, e le cose destre appariranno sinistre, e tutte le cose rivoltate… ma bisogna star un pochetto a vederlo; perché non lo vedrai così subito; perché una cosa sensata gagliarda, fa grandissima impressione col senso, e vi fa tanta affettione, che non solo quando i sensi fanno la sensazione, sono né detti sensorii, e l’offendono; ma se sono rimossi da’ sensi, pure vi restano fermi…

Insomma, il semplice scatolone in cui entriamo con la testa, diventa uno strumento con cui possiamo fare moltissime esperienze [qui la lista degli esperimenti - LINK], come pure il punto di partenza per guardare alla storia della scienza. Diventa l’oggetto intorno al quale gli studenti possono costruire teorie sulla propagazione della luce e sulla visione, allenarsi a osservare attentamente come ad argomentare sulle proprie osservazioni.
Strumenti del genere infatti sono stati descritti dai Aristotele e da molti altri, e gli studenti che entrano nell’occhio per certi versi ripetono le loro osservazioni, le teorie, le scoperte e anche gli errori concettuali. Aristotele disse che attraverso un buco quadrato l’immagine del sole è comunque rotonda. Al solito si scatenò una diatriba, e ci furono quelli che dicevano che era quadrata.
Fu ancora Kepler a risolvere la questione, con la sua teoria sulla propagazione della luce attraverso le aperture.
L’immagine risultante è una figura di cerchi costruiti su quadrati, o di quadrati costruiti su cerchi. Questo esercizio viene riproposto e inquadrato nella scheda didattica per la Scuola Superiore di 1° grado [LINK].
Questo è quanto avviene nella seconda e terza parte del video (min 4-9). Il volontario è entrato nello scatolone, viene aperto un forellino, si formano le proiezioni delle sagome di fuori (Keplero la chiama la Pittura Capovolta), si accendono led colorati, si aprono altri forellini, si avvicina una lente.

La Pittura Capovolta

Kepler spiegò quindi anche geometricamente la formazione dell’immagine capovolta sul fondo dell’occhio, sulla retina. È un esercizio molto bello, quello di disegnare raggi, rette, cercare di rendere conto così di quello che si vede nello scatolone.
Kepler non lasciò illustrazioni del suo grande risultato. L’illustrazione citata a questo proposito è di Descartes (Cartesio), il filosofo francese. Anch’egli si occupò della vista, anzi un esperimento che fece per trovare conferma alla teoria di Kepler è interessante. Egli prese l’occhio di una mucca (morta da poco) e quasi “sbucciandolo” tolse a poco a poco le pelli sul retro dell’occhio, dalla parte opposta alla pupilla, fino ad arrivare al bulbo trasparente. Puntando questo occhio a guardare la finestra, egli vide nettamente sul fondo dell’occhio l’immagine capovolta della finestra e il panorama fuori.

Disegno di Cartesio

Questo esperimento viene oggi reinventato in molti modi. All’Exploratorium di San Francisco dissezionano gli occhi dei bovini (ommamma! LINK).
Ma noi possiamo fare cose meno truculente con il nostro scatolone, per esempio costruendone uno il cui fondo è di carta velina, per vedere le immagini da fuori.
Possiamo reinventare anche il disegno di Cartesio, e così illustrare gli esperimenti con molti forellini e l’utilità delle lenti.

serie di illustrazioni che mostra le immagini nell’occhio all’apertura di diversi forellini, e il ruolo della lente nel deviare le immagini sparpagliate e farle convergere in un’unica immagine luminosa e al tempo stesso nitida.

 

Lo Scatolone Decorato

Nella quinta parte del video si mostra uno scatolone decorato. È un’attività molto bella e istruttiva che abbiamo proposto anche i diversi eventi [LINK].

Lo scatolone decorato come “occhio umano” permette di raccontare molto efficacemente l’anatomia dell’occhio umano. Anzi, mettersi al lavoro in prima persona per costruire e decorare l’occhio scatolone stimola lo studente a imparare e cercare di più.
Questa attività viene descritta nella scheda didattica per la Scuola Primaria [LINK].

Si può decorare l’occhio anche in forma di occhio di animale. Nel regno animale infatti ci sono gli occhi più fantasiosi e strambi.
Il Nautilus ha un occhio simile all’occhio scatolone, senza lente, solo con la pupilla. Il Gatto e molti altri animali hanno uno specchio sul fondo dell’occhio, dietro la retina, per riflettere la luce in modo che la luce non assorbita dalla retina, passandoci nuovamente attraverso, possa venire assorbita. Un modo per rendere più sensibile la visione notturna. Quando è al sole, il gatto e molti animali notturni chiudono la pupilla che diventa una sottile fessura, per far entrare poca luce e non danneggiare l’occhio.
Anche la visione che abbiamo con l’occhio sforacchiato in tanti forellini è presente in natura. Il Geco, animale notturno, quando restringe la pupilla alla luce essa diventa non una fessura ma una serie di quattro forellini.
Il Falco riesce a far funzionare l’occhio come un telescopio, e ci sono occhi compositi, occhi polarizzati…

Si può decorare lo scatolone come fosse una macchina fotografica. Nel 1937 Charles Sherrington, uno dei grandi della biologia di tutti i tempi, scrisse un libro bellissimo – Man on His Nature – e per alcune pagine racconta di come ci siamo già costruiti degli occhi, i nostri, quando eravamo nel grembo delle nostre madri. Nel suo racconto Sherrington elabora anche sull’analogia tra occhio e macchina fotografica [LINK antologia].

L’occhio scatolone, infine, suggerisce piste di lavoro anche nel campo dell’arte. Dall’Olanda a Venezia, molti pittori, si sono serviti di Camere Oscure, costruite come il nostro scatolone o con l’aggiunta di specchi e vetri opachi, per ritrarre dal vero paesaggi e prospettive.

Canaletto, Il Canal Grande da Palazzo Flangini verso la Chiesa di San Marcuola, 1738. Olio su tela

 

NOTE:
[1] David C. Lindberg, The Science of Optics, in “Science in the Middle Ages”, The University of Chicago Press, 1978.
[2] Giovan Battista Dalla Porta, Magiae Naturalis, 1558:

* Campi obbligatori

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