Apparecchio universale di Silbermann

Scheda integrata e rielaborata dal dott. Fabio Panfili.

Numero di Inventario	10100
Nome dello strumento	Apparecchio universale di Silbermann

Dati scientifici

Epoca	Seconda Metà XVIII sec.
Costruttore	-
Dimensioni (in mm.)	350
Materiali (legno, metallo, vetro, plastica, gomma, ecc.)	Ghisa, Ottone, Alluminio, Vetro
Descrizione	Questo strumento consiste essenzialmente in un cerchio verticale di metallo, sostenuto da un treppiede, su cui è inciso un goniometro con i quadranti da 0° a 90°. Sull’asse del cerchio ci sono due alidade girevoli, i cui indici determinano i valori degli angoli da esse formati col diametro verticale ed anche quelli dei rispettivi seni, per mezzo di due squadre graduate, scorrevoli su un’astina verticale. L’oggetto in dotazione da esaminare è un classico semicilindro di vetro, con la faccia piana rivolta verso l’alto. Esso può essere sostituito o da uno specchio piano o da una vaschetta semicilindrica da riempire con un liquido o da altri accessori. L’alidada più lunga porta una fenditura e uno specchio piano girevole; questi servono a orientare il raggio luminoso. Sull’altra alidada c’è uno schermo in vetro smerigliato, con due linee di riferimento, per visualizzare il raggio riflesso o rifratto.
Funzionamento	L’apparecchio universale, ideato dal fisico Johann Theobald Silbermann (1806-1865), serve per una verifica delle leggi della riflessione e rifrazione, per l’osservazione quantitativa del comportamento dei prismi, dei diottri e simili, nell’insegnamento dell’ottica elementare. La luce di un piccolo proiettore viene collimata e inviata sull’oggetto relativo all’indagine ottica. Il fascio di luce così ottenuto può essere fatto ruotare intorno all’oggetto ottico posto al centro del disco e, per ogni posizione assunta, se ne può misurare l’angolo. In ottica, per la misura degli angoli, è stato adottato un sistema di riferimento in cui si dà il valore 0° alla direzione normale alla superficie di separazione dei due mezzi ottici. L’angolo col quale un raggio proveniente dal primo mezzo incide su una superficie del secondo mezzo è chiamato angolo di incidenza i: esso indica di quanto è inclinato il raggio rispetto alla normale. L’angolo con cui viene riflesso dalla stessa superficie si chiama angolo di riflessione r. Analogamente, l’angolo col quale un raggio si osserva nel secondo mezzo è chiamato angolo di rifrazione r. Per lo studio della legge antichissima della riflessione il procedimento è il seguente. In una stanza opportunamente oscurata, si invia su uno specchietto rettangolare, posto al centro del disco, il fascio di luce collimato, si misurano l’angolo di incidenza e quello di riflessione; si varia poi a piacere l’angolo di incidenza misurando ogni volta l’angolo di riflessione, verificando che i = r. Per evidenziare i raggi di luce si usa bruciare dei coni che producono fumo. Più interessante è lo studio della rifrazione per il quale si usa l’oggetto trasparente semicilindrico, come si vede nella foto e nella figura. Si deve aver cura di inviare il fascio di luce collimato sempre al sull'asse del semicilindro posto al centro della faccia rettangolare, in modo che la luce proceda lungo il raggio del semicerchio ed esca quindi perpendicolarmente alla faccia circolare. Questo accorgimento evita che il fascio di luce venga ulteriormente rifratto all’uscita, complicando la misura degli angoli. Si inizia l’indagine proiettando il raggio di luce normalmente alla faccia piana, si procede poi variando l’angolo di incidenza (ad esempio di cinque gradi ogni volta) e misurando il relativo angolo di rifrazione. I dati ottenuti, immessi nella legge di Snell n_a sen i = n_x sen r, permettono di ricavare una buona stima dell’indice di rifrazione del mezzo ottico nx, rispetto all’indice dell’aria na. Ma una prima valenza didattica dell’indagine è data dalla misura stessa degli angoli e dall’esame dei grafici di r in funzione di i e di sen r in funzione di sen i. Lo studio della rifrazione prosegue inviando il fascio collimato sulla superficie del semicilindro. Si deve fare sempre attenzione che la luce passi per l'asse del cilindro sulla faccia piatta, per evitare una rifrazione indesiderata all’uscita. Si inizia con angolo di incidenza zero e si nota che il raggio di luce non viene deviato, si prosegue incrementando l’angolo (ad esempio di cinque gradi), costatando che i percorsi ottenuti sono reversibili, rispetto a quelli dell’esperimento precedente. Ma, per un certo angolo di incidenza, caratteristico del materiale, il raggio rifratto scompare, lasciando solo quello riflesso. Questo fenomeno rompe la simmetria e prende il nome di riflessione interna totale. L’angolo caratteristico si chiama angolo limite e si ha: n_x sen (ang.lim.) = n_a sen 90°. Per angoli superiori a questo si ha sempre la riflessione interna totale, che dunque si manifesta quando la luce passa da un mezzo otticamente più denso ad uno meno denso. Usando la vaschetta trasparente, riempita con un liquido, si può misurare l’indice di rifrazione del liquido stesso. Un altro esperimento consiste nell'esame del comportamento di un prisma ottico usando luce monocromatica; in questo caso le prove sono molte e interessanti. E ancora con un parallelepipedo rettangolo di materiale trasparente si osserva il percorso della luce (preferibilmente monocromatica) da una faccia all'altra. Ecc. Nota storica: W. Snell van Rojen, detto Snellius, (1591-1626).

Bibliografia	Catalogo del 1957 e Scheda di istruzioni L 840 delle Officine Galileo, Firenze.
Eventuale iscrizione	Marchio di Fabbrica
Inventore	Johann Theobald Silbermann (1806-1865)

Dati storici

Data di entrata	-
Inventario	Album fotografico degli strumenti di fisica
Vecchi numeri di inventario	10099, 123, 142a
Donato - comperato - provenienza	-

Dati relativi al restauro

Stato di conservazione	Buono
Descrizione interventi effettuati	-
Nome restauratore	-
Osservazioni - Utilizzazione per la didattica	-

Dati relativi alla conservazione

Armadio	15
Ripiano	1
Scheda tecnica del produttore	Si
Collocazione	Corridoio del 1° Piano

Link	Descrizione
https://www.istitutomontani.edu.it/museovirtuale/apparecchio_universale16/	Museo MITI