Come descritto, spesso si utilizza un foro da posizionare all’estremità dello gnomone (chiamato foro gnomonico, o foro eliotropico). Il fascio di raggi solari che attraversano il foro gnomonico si proietta sul piano formando un’ellisse luminosa le cui dimensioni e la cui forma variano in funzione di quattro fattori: altezza dello gnomone, dimensioni e inclinazione del foro, inclinazione dei raggi solari rispetto al piano di proiezione.

Il foro può essere contornato da un anello (come nel disegno qui a fianco). Se il foro viene praticato su uno schermo più ampio, la visibilità della macchiolina di luce è migliore. La situazione ideale è la proiezione del fascio di luce all’interno di una stanza buia.

E’ importante tenere presente che:

a- l’altezza dello gnomone ($h$) deve essere misurata (in verticale) dal centro del foro alla base del piano di orizzontale.

b- la lunghezza dell’ombra ($b$) è data dalla distanza (misurata sul piano orizzontale) tra il centro dell’ellisse luminosa proiettata e la base dello gnomone.

Per determinare il centro dell’ellisse conviene tracciare a mano libera i due assi dell’ellisse.

Utilizzare il foro gnomonico limita la fonte di imprecisione dovuta agli effetti di ombra e penombra per almeno due motivi: 1) individuare il centro di una forma simmetrica per quanto sfumata (la macchia di luce ellittica) è un’operazione più precisa che non trovare il punto medio del gradiente di penombra corrispondente alla semplice estremità di uno stilo. 2) si può anche sfruttare l’effetto di camera oscura per il quale la precisione aumenta proporzionalmente all’altezza dello gnomone.

La macchia di luce proiettata da un foro su uno schermo, infatti, presenta due “comportamenti” molto diversi a seconda della distanza tra il foro e lo schermo:

– Se la distanza tra il foro e lo schermo è inferiore ad una distanza limite (pari a $\text{114,6}$ volte il diametro del foro), la macchia di luce mantiene la forma del foro, ma i bordi hanno un’alone di penombra che è tanto più largo quanto più ci si avvicina alla distanza limite.

– Se il foro e lo schermo hanno una distanza maggiore della distanza limite accennata, la macchia di luce si trasforma nell’immagine capovolta del Sole, con un’alone di sfumatura costante, largo quanto il diametro del foro. Perciò, aumentando ulteriormente la distanza, l’immagine del Sole e i sui dettagli diventano sempre più nitidi pur perdendo notevolmente di luminosità.

Le dimensioni, la forma e la luminosità della macchia di luce variano ulteriormente in base alle angolazioni reciproche assunte dai raggi del Sole, dal piano del foro e dal piano di proiezione.

Pur tenendo conto di queste osservazioni un po’ di esperienza pratica suggerirà, meglio di qualsiasi calcolo, il giusto compromesso tra questi fattori.

Per approfondire l’effetto di camera oscura: Foro gnomonico e camera oscura.

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