La fisica in una vecchia TV

Questo articolo accompagna il video “La fisica nella TV”, in cui si propongono esperimenti da fare con i vecchi schermi dei televisori o dei computer. Ci sono esperimenti di ottica (i colori, la persistenza della visione) e di elettromagnetismo (il moto di elettroni nei campi magnetici).

Questi esperimenti hanno una forta impronta “museale”, perché l’oggetto televisore diventa parte di  di una installazione su cui si va ad agire personalmente con lenti e calamite, di un marchingegno che può raccontare molte storie.
In alcuni laboratori “cittadini” Reinventore ha proposto queste installazioni, con numerosi televisori e schermi colorati, e lenti e calamite per tutti (LINK).

la parte ottica

La parte ottica degli esperimenti riguarda la formazione dell’immagine a colori e in movimento. Lo schermo è un mosaico di tantissime finestrelle rosse verdi e blu, come illustrato in questo disegno basato su una bella copertina del The New Yorker di Ian Falconer, “Disturbando la pace”.

Nei vecchi schermi televisivi le finestre rosse verdi e blu formano lunghe file verticali (si possono anche contare le caselle, specialmente alla primaria). La prima parte del video approfondisce la formazione dei colori. Questo esperimento ci fa riflettere sul colore, sul fatto che mentre nelle matite colorate giallo e blu fanno verde, con i pixel e le luci giallo e blu fanno bianco.

Quando le finestrelle sono tutte accese, rosso verde e blu, il colore risultante è il bianco. Quando sono accese le rosse e le verdi, il risultato è il giallo. I cerchi di luce usati nel video si possono riprodurre con dei led ad alta intensità, come spiegato nella scheda esperimenti (qui) o virtualmente, con una applet (qui - cliccando su “color mixing”).

Nel video gli effetti sono mostrati mettendo l’immagine a fuoco (si vedono i singoli pixel) e fuori fuoco (si vede il colore risultante).

La composizione dei colori si può studiare anche sugli schermi dei telefonini, aiutandosi con una lente o con dei microscopi fatti con una goccia d’acqua, come raccontato in un articolo della serie Spazzascienza su Leeuwenhoek (qui).

Come viene disegnata l’immagine in movimento? A questa domanda viene risposto in modo molto chiaro ed esauriente nel brano riportato in antologia “Le TV in bianco e nero”.
È tratto da “Physics 2000”, un progetto di Martin Goldman dell’Università del Colorado a Boulder (qui). Physics 2000 fu uno dei primi progetti con le “applet” al servizio dell’insegnamento della fisica, un settore in cui l’Università del Colorado divenne leader, lanciando i PhET.

la parte elettromagnetica

I fasci di elettroni dunque (uno per la tv in bianco e nero, tre per la tv a colori) “spazzano” rapidissimamente tutte le finestrelle dello schermo, con maggiore o minore intensità, disegnando così le immagini.

I fasci di elettroni che fanno accendere le finestrelle di fosforo dello schermo possono essere deviati con calamite, e mandati a colpire altre finestre. Un tale esperimento fu proposto ai tempi dell’Unione Sovietica nella popolare rivista Kvant (“Quanto”), nel 1973.

La TV usata è in bianconero, e l’autore – B. Aleinikov – suggerisce di eseguire l’esperimento quando viene trasmessa l’immagine fissa per sintonizzare la tv. Il risultato quando si avvicina la calamita è quello di distorcere l’immagine, in particolare, spostando leggermente il piccolo cerchio al centro dell’immagine fissa.

Usando una TV a colori, l’effetto è molto visibile e bello, perché su uno schermo interamente rosso, per esempio, il fascio di elettroni viene deviato e va quindi a colpire le finestre blu e verdi. Avvicinando la calamita, pertanto, lo schermo cambia i suoi colori.

Questi esperimenti sono adatti a diverse età. Si può infatti solo far avvenire l’effetto, e capirne le regolarità. Ma si può anche misurare e quantificare l’ampiezza della deviazioni, stimare l’intensità del campo magnetico.

Vediamo brevemente la dinamica di questo effetto, con uno schermo interamente verde. Soltanto le finestre verdi sono colpite dal raggio di elettroni e quindi illuminate.

Su uno schermo verde, il fascio di elettroni può venire deviato a sinistra, e quindi si spegne per così dire la finestra della lite domestica (verde) e si accende quella della droga (rossa). Oppure il fascio può venir deviato a destra, per cui si spegne la finestra del suicidio (verde) e si accende la finestra (blu) del sassofonista che suona “disturbando la pace”. Se viene deviato molto fortemente a destra, allora si spegne anche il sassofono (blu) e si accende la violenza carnale (rossa).

Tra parentesi, purtroppo questo palazzo è un concentrato di quello che la televisione trasmette tutti i giorni!

La deviazione verso sinistra (rosso) o verso destra (blu) si realizza avvicinando la calamita disposta orizzontalmente con in alto il polo Nord (rosso) o in alto il polo Sud (blu).

È questo un bell’esperimento che mostra la “forza di Lorentz”, ossia la forza a cui sono sottoposte le cariche elettriche (gli elettroni dietro lo schermo) in moto in un campo magnetico (quello della calamita).

Una spiegazione con la “regola della mano sinistra” è fornita nelle schede sperimentali (qui), mentre un altro esperimento che mostra la forza di Lorentz è il motorino elettrico omopolare (qui).

Lo schermo dei vecchi monitor a colori per PC ha invece finestrelle circolari, come oblò, disposte a simmetria triangolare. Le deviazioni del fascio danno quindi origine a disegni molto belli, che costituiscono una sorta di “versione moderna” della “limatura di ferro”. Questi disegni sono una visualizzazione del campo magnetico della calamita, una mappa delle linee di forza del campo magnetico.

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