Tesina terza media sulle Innovazioni

Scuola Media Statale M. Pich

Gabriele Quaranta

Classe III C

Anno scolastico 2012/2013

Tesi multidisciplinare licenza media

50 giorni da orsacchiotto

Nole, 27 giugno 2013

Indice

1 Indice

2 La lampadina....................................................................................................1

3 La radiazione elettromagnetica.....................................................4

4 Il rilievo con il laser scanner 3D.....................................................5

5 Il rilievo nell’arte.....................................................................................7

6 Antropologia................................................................................................11

7 La ricostruzione facciale...................................................................14

8 Kenya...................................................................................................................17

9 Evoluzionismo..............................................................................................20

10 Islas Galapagos.........................................................................................20

11 Il nazismo.......................................................................................................22

12 The Beatles...................................................................................................26

13 L’amico ritrovato....................................................................................30

14 La visita medico-sportiva....................................................................30

15 Indice delle immagini............................................................................30

16 Indice delle immagini della presentazione.............................33

La lampadina

2 La lampadina

All’inizio del XIX secolo, il gas illuminante divenne di uso comune per l’illuminazione delle città. Le lampade a gas erano di tre tipi: con bruciatore di Argand; con bruciatore a coda di pesce, in cui il gas scaturiva da una fessura o da una coppia di fori, generando una fiamma sottile; e a gas a incandescenza, in cui la fiamma di gas riscaldava al calor bianco una cappa di rete di ossido di torio.

Una lampada a gas piuttosto comune, specialmente nelle zone agricole, era la lampada portatile ad acetilene, costituita da due serbatoi sovrapposti, contenenti acqua (quello superiore) e carburo di calcio (quello inferiore): dalla reazione chimica, che si innescava a mano a mano che l’acqua, cadendo a gocce, veniva in contatto con il carburo, si sviluppava il gas, che usciva da un beccuccio e produceva una fiamma bianca e brillante. Il flusso di acetilene si controllava semplicemente regolando il gocciolamento dell’acqua.

Sul finire del secolo XIX tutte le forme di illuminazione a combustibile lasciarono spazio alle lampade elettriche a incandescenza e a fluorescenza. Tuttavia in alcune zone rurali, non ancora raggiunte dalla rete di distribuzione dell’energia elettrica, si usano ancora lampade e lanterne (ossia lampade protette, e quindi trasportabili) a petrolio o a cappa incandescente. Tali lanterne sono state anche di uso comune nei campeggi, fino all’avvento dei GPL (gas di petrolio liquefatti) in bombolette portatili.

La lampada a incandescenza è una sorgente luminosa in cui la luce viene prodotta dal riscaldamento (fino a circa 2700 K) di un filamento di tungsteno attraverso cui passa la corrente elettrica.

Durante il funzionamento il tungsteno sublima, e il filamento diventa sempre più sottile, fino a spezzarsi dopo circa 1000 ore di funzionamento. Oltre che in calore l’energia elettrica viene convertita in luce, in una misura intorno al 10%; quindi si può affermare che circa il 90% del consumo elettrico si disperde come calore.

Nelle lampadine moderne il bulbo di vetro non è vuoto ma contiene un gas inerte a bassa pressione, di solito Argon, più raramente Kripton. Quest’ultimo consente una resa superiore del 10% circa a parità di potenza. Questi gas riducono i rischi di implosione e prolungano la vita del filamento. Inoltre la presenza del gas Argon/Kripton riduce l’annerimento del bulbo dovuto al deposito del tungsteno che sublima.

2 La lampadina

Al momento dell’accensione della lampada, poiché il filamento è freddo e la sua resistenza è bassa, si determina un picco di assorbimento della durata di pochi decimi di secondo e del valore di 10-12 volte la corrente a regime.

La lampadina viene classificata attraverso due parametri: tensione (volt) e potenza assorbita (watt); ed anche attraverso la forma del suo bulbo (goccia, oliva..).

Nel 1878 Thomas Alva Edison riuscì a costruirne un modello sufficientemente durevole. Nel 1860 Joseph Wilson Swan aveva già costruito una simile lampadina che perfezionò fino al 1878; divenne partner di Edison. Poco prima della sua morte Heinrich Goebel riuscì a far valere i propri diritti d’inventore che furono poi acquistati da Edison dalla vedova di Heinrich impoverita.

Era costituita da un bulbo di vetro in cui era stato praticato il vuoto, al cui interno era contenuto un filo di cotone carbonizzato attraversato da corrente elettrica. Bisogna dire che molti inventori stavano lavorando all’idea, tra i quali il torinese Alessandro Cruto. Il problema dei primi modelli era la rapida distruzione del filamento.

Nel 1903 l’americano William David Coolidge introduce l’uso del filamento di tungsteno, tuttora impiegato. L’uso di conduttori metallici con bassa resistenza elettrica a temperatura ambiente sfrutta l’effetto Joule per ottenere uno spettro di radiazione, approssimabile ad uno spettro di corpo nero, abbastanza ricco di componenti visibili.

Nel 1962 Nick Holonyak Jr. brevetta il primo semiconduttore fotoemittente LED visibile, che viene commercializzato 6 anni più tardi nella versione microlampada di colore rosso. Lungo i successivi 30 anni diverranno man mano disponibili LED di tutte le colorazioni, a partire dal 2000 saranno disponibili LED bianchi a media ed alta intensità luminosa, proposti come sostitutivi a basso consumo delle lampade ad incandescenza. Il 2 settembre 2009 l’Unione europea bandisce la produzione di lampadine ad incandescenza pari o superiori a 100 W e di tutte quelle a bulbo smerigliato, a vantaggio di quelle a basso consumo; nel settembre 2010 l’Unione europea bandisce la produzione di lampadine ad incandescenza di potenza pari o superiore a 75 W; nel settembre 2011 l’Unione europea bandisce la produzione di lampadine ad incandescenza di potenza pari o superiore a 60 W; infine nel settembre 2012 l’Unione europea bandisce la produzione di tutte le lampadine ad incandescenza per illuminazione domestica, che saranno sostituite principalmente da quelle a basso consumo.

La radiazione elettromagnetica

3 La radiazione elettromagnetica

La luce è un’onda elettromagnetica, a cui è associata una lunghezza d’onda (distanza fra due picchi consecutivi) e un’ampiezza (altezza dei picchi). La luce trasporta un’energia che aumenta al diminuire della sua lunghezza d’onda. Due pacchetti d’onda sono in fase se le posizioni dei loro picchi e delle loro valli coincide. Altrimenti essi sono fuori fase.

La produzione della luce visibile avviene all’interno degli atomi, che sono composti di un nucleo (di protoni e neutroni) e di elettroni che orbitano intorno ad esso. Se si fornisce energia all’atomo, un elettrone può “saltare” da un’orbita vicina al nucleo ad un’orbita più lontana. L’atomo diventa eccitato, ed ha più energia di prima.

Quando l’elettrone torna nella sua orbita originaria, l’atomo emette un fotone. Esso ha un’energia pari alla differenza di energia fra l’atomo e l’atomo eccitato.

Il fotone ha un’energia ben precisa, e quindi anche una lunghezza d’onda, cioè un colore, ben determinato.

Un atomo eccitato torna nello stato fondamentale spontaneamente dopo un certo tempo caratteristico, emettendo l’energia assorbita sotto forma di luce.

Ad esempio, in una lampadina la corrente scalda il filamento, portando i suoi atomi nello stato eccitato. Successivamente essi si diseccitano emettendo luce. Questo processo avviene in maniera casuale: i fotoni vengono emessi in tutte le direzioni e le onde ad essi associate sono sfasate tra loro. Si parla di emissione spontanea.

Il laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) sfrutta un fenomeno scoperto nel 1917 da Albert Einstein, la cosiddetta emissione stimolata di radiazione.

Se durante l’eccitazione di un atomo esso viene colpito da un fotone di energia pari a quella di eccitazione, l’elettrone ricade immediatamente nell’orbita più bassa, emettendo un altro fotone della stessa energia, identico al primo.

Il rilievo con il laser scanner 3D

4 Il rilievo con il laser scanner 3D

La diffusione delle tecniche laser a scansione è abbastanza recente e certamente è una delle tecnologie che troverà una più grande espansione nel prossimo futuro.

Le maggiori attese nel settore dei Beni Culturali sono indirizzate sugli apparati di tipo terrestre, operanti in un campo di distanze che, a seconda delle tipologie strumentali, può andare dal submetrico fino al chilometrico.

Un sistema laser a scansione fornisce come risultato diretto della sessione di misura un insieme di coordinate tridimensionali, generalmente in un sistema di riferimento correlato con lo strumento, riferite ad un numero elevatissimo di punti che vengono colpiti dal raggio laser; la nuvola dei punti così generata descrive dunque la superficie esterna dell’oggetto scansionato.

Gli apparati si distinguono innanzitutto in due grandi famiglie: quelli a tecnologia a tempo di volo (TOF) e quelli a triangolazione.

Il raggio laser, mediante opportuni sistemi ottico/meccanici di rotazione, viene inviato verso l’oggetto da rilevare, variando per passi discreti gli angoli azimutali e zenitali.

La distanza tra il centro strumentale ed il primo punto che il raggio incontra e da cui viene riflesso viene determinata dalla misura del “tempo di volo” (TOF, time of flight) che intercorre tra l’emissione e la ricezione, oppure, in alternativa per differenza di fase; la distanza, insieme alla conoscenza dei due angoli di emissione del raggio, consente di determinare per coordinate polari la posizione del punto in questione.

All’utente tali coordinate vengono in prima istanza fornite in un sistema cartesiano (X,Y,Z) che ha origine nel centro strumentale e solo in una seconda fase vengono riportate nel sistema di riferimento più opportuno con semplici operazioni di rototraslazione nello spazio. La massima distanza operativa per strumenti che operano sul tempo di volo è di alcune centinaia di metri e l’accuratezza nella determinazione delle coordinate varia in genere da alcuni millimetri ad un paio di cm o oltre; essa è migliore per gli scanner che operano per differenza di fase, che però lavorano di solito su distanze più ridotte e con una velocità di acquisizione minore.

4 Il rilievo con il laser scanner 3D

Il rilievo nell’arte

5 Il rilievo nell’arte

Il patrimonio culturale italiano per il suo valore storico ed estetico è un bene che deve essere salvaguardato, quindi la sua conservazione e valorizzazione necessitano di un’approfondita documentazione sia in termini più propriamente storico-artistici che per quanto concerne le caratteristiche fisiche di posizione, forma, colore e geometria.

Le discipline del rilevamento hanno affinato nel corso del tempo le tecniche di acquisizione dei dati al passo con lo sviluppo tecnologico; da semplici metodologie basate sul rilievo diretto a quelle derivate dalla geometria descrittiva. Le tecnologie introdotte recentemente permettono addirittura di rilevare e rappresentare con notevole accuratezza oggetti tridimensionali come sculture e reperti archeologici, nonché elementi di grandi dimensioni quali strutture architettoniche.

L’unico metodo che, fino ad ora, soddisfaceva queste richieste era la fotogrammetria.