Descrizione

Il dispositivo sfrutta il comportamento della luce che attraversa due superfici: una sferica e l'altra piana adiacente alla prima. Con una luce monocromatica si osservano degli anelli concentrici alternatamente chiari e scuri, gli anelli saranno centrati nel punto di contatto delle due superfici. Con una luce bianca si osserva una distribuzione degli anelli con i colori dello spettro visibile, questi colori coincideranno con quelli dell'arcobaleno. Gli anelli chiari sono prodotti dall'interferenza costruttiva, mentre quelli scuri da quella distruttiva. Interessante notare come gli anelli esterni sono piu' sottili di quelli interni. Il fenomeno fu descritto per la prima volta da Robert Hooke, mentre una prima analisi quantitativa è attribuibile ad Isaac Newton.

immagine da Liceo Serpieri

Immagine da Lab2Go

Un altro dispositivo per mostrare gli anelli di Newton.

Isaac Newton first discussed the colored interference fringes that we now call Newton's Rings in a communication to the Royal Society in December 1675, and presented an expanded account in his book “Optics” (1704).
The original observation was first made with a wedge-shaped air-gap between the surfaces of two prisms, but later used the now-standard technique of pressing the convex surface of a lens against a flat glass plate. \\The familiar colored rings are best observed in monochromatic light.
Descrizione e storia. Il dispositivo è formato da un telaio circolare saldato sopra una lastra di metallo annerita. Nel telaio sono poste due lastre di vetro di cui la superficie sferica di una è sovrapposta a quella piana dell'altra.
Le tre viti servono a variare la pressione tra di loro e a centrare l'immagine ottenuta.

Immagine da https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/dispositivo_per68/

Immagine da https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/dispositivo_per68/

La formazione degli anelli è dovuta, secondo il modello ondulatorio, all'interferenza della luce.
Nel II libro dell'Optiks, pubblicato nel 1704, I. Newton riprese le esperienze già svolte da R. Hooke (Micrographia 1665) sulla colorazione delle lamine sottili, facendo minute ricerche in luce bianca e monocromatica.
Poi mise a contatto una superficie sferica di una lastrina di vetro con una piana di un'altra lastrina (vedi il suo disegno riportato qui sotto).

Immagine da https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/dispositivo_per68/

Un altro disegno esplicativo è il seguente:

Immagine da https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/dispositivo_per68/

Egli conosceva l'andamento della forma dell'interstizio d'aria compreso tra le superfici, avendo misurato il raggio della superficie sferica.
Premendo le due superfici una sull'altra ottenne numerosi anelli che in luce naturale avevano i colori delle bolle di sapone.
Se la pressione è eccessiva i cerchi si deformano in macchie più larghe, diventando sia più visibili sia più numerosi.
Newton misurò con un compasso il raggio dei primi sei cerchi luminosi e scoprì che i quadrati dei raggi formano una progressione aritmetica dei numeri dispari 1 3 5 7 9 11, mentre i quadrati dei raggi di quelli scuri seguono la sequenza 2 4 6 8 10 12.
Inoltre Newton osservò che in luce bianca gli anelli ben visibili sono otto o nove, mentre in luce monocromatica ne contò più di una quarantina ben distinti e stimò che ne fossero più di cento.
Svolse quindi precise ricerche in luci monocromatiche di vari colori e trovò relazioni tra lo spessore d'aria e la posizione di ogni anello di un certo colore che lo portarono a scoprire una periodicità per lui inspiegabile.
Altra scoperta notevole fu che gli anelli appaiono anche se si guarda il tutto in trasparenza, invece che in riflessione, ma in questo caso il centro è chiaro e gli anelli chiari occupano il posto di quelli scuri e viceversa quelli scuri si trovano là dove erano i chiari.
Nonostante l'accuratezza delle sue ricerche sistematiche la sua spiegazione teorica del fenomeno, che si rifaceva al suo modello corpuscolare, non soddisfaceva neppure lo stesso Newton.
Circa cento anni dopo la pubblicazione dell'Opticks, T. Young nel 1802 ne diede una spiegazione del tutto diversa, fondata sul modello ondulatorio della luce che si ispirava al Traité de la Lumière di C. Huygens, pubblicato nel 1690.
La moderna Elettrodinamica Quantistica (Q. E. D.) ne fornisce comunque la migliore interpretazione.
Un'ultima curiosità: se tra i vetri si interpone acqua, i raggi degli anelli si contraggono in ragione dell'indice di rifrazione di questa.
Se si dispone di un laser, ad esempio a gas He-Ne con luce di lunghezza d'onda 632,8 nm, si allarga il fascio di luce monocromatica con una lente e si illumina il dispositivo, si ottengono numerosi cerchi rossi alternati a cerchi scuri concentrici.
Bibliografia.
V. Ronchi, Storia della luce, Laterza, Bari 1983 da cui è tratto il disegno originale di Newton.
G. Gamow, Biografia della Fisica, A. Mondadori Milano 1963. R. Pitoni, Storia della Fisica, STEN Torino 1913.
D. Halliday - R. Resnick, Fisica 2, CEDAM, Milano 1982.