Macchina a onde di Wheatstone
Descrizione: L’ apparecchio, elaborato dal fisico inglese Charles Wheatstone (1782-1875) a partire dal 1835 circa, è una “macchina a onde” assai sofisticata utilizzata per rappresentare e visualizzare i fenomeni tipici di onde che, come quelle luminose, sono trasversali: interferenza, polarizzazione, ecc. Numerosi modelli di macchine ad onde furono ideati nel corso del XIX secolo a scopi didattici; derivate da quella di Wheatstone ricordiamo le macchine ideate dal fisico tedesco Julius Plucker (1801-1868) in collaborazione con il costruttore di strumenti Friedrich Fessel (1821-post 1860) nonchè quella del costruttore d’organi O. Schulze.
Su di una base di legno rettangolare è fissata una scatola d’ottone annerito nella quale (sui due lati maggiori e sul coperchio) sono praticate 3 serie di 82 fenditure. All’interno della scatola sono alloggiati altrettanti piccoli parallelepipedi d’ottone ognuno dei quali reca 3 asticelle metalliche poste ortogonalmente fra loro che fuoriescono dai lati della scatola e sono sormontate da una perlina bianca. Una quarta serie di asticelle verticali (puntanti verso il basso) è occultata all’interno della scatola. Le 3 serie di perline (che, secondo le teorie dell’epoca, rappresentavano le molecole di “etere luminifero” in movimento) simulano l’andamento di 3 onde diverse, perpendicolari fra loro. Al di sotto delle file di asticelle fuoriuscenti lateralmente si trovano altre due serie di asticelle fisse e inserite su due tavolette di legno: una di esse rappresenta un’onda trasversale piana, l’altra un’onda circolare. Queste due onde “statiche” servono da sistema di riferimento.
Nella base dell’apparecchio scorrono due cursori in legno: ad uno di essi, tramite un apposito sostegno metallico, viene fissata, nel piano orizzontale, una coppia di sagome, all’altro, in maniera analoga, viene fissata una seconda coppia di sagome poste in due piani verticali e paralleli. Il movimento dei cursori, solidali con le sagome, aziona le asticelle. Quelli verticali le alzano e le abbassano, quelli orizzontali le muovono a destra e a sinistra. Tre lamine metalliche mobili possono bloccare i cursori in posizioni differenti grazie ad un dente che si infila in una serie di fori numerati. Una lamina (recante la lettera “H”) fissa la posizione del cursore recante le sagome orizzontali rispetto alla base, la seconda lamina (recante la lettera “V”) fissa quella del cursore con le sagome verticali, mentre la terza lamina (recante la lettera “D”) blocca i due cursori fra loro. Tramite quest’ultima lamina è così possibile fissare la differenza di fase fra i due treni di onde.
La combinazione dei veri movimenti permette di ottenere moti ondulatori diversi.
L’apparecchi è corredato da una serie di 8 coppie di sagome di legno:
a) una coppia di tavolette rettangolari da inserire orizzontalmente,
b) 2 coppie di tavolette dal profilo sinusoidale da inserire orizzontalmente,
c) 5 coppie di sagome dal profilo sinusoidale da inserire verticalmente. Sulle sagome sono incise le lettere “V e H” a seconda della loro posizione (verticale o orizzontale) nella macchina; inoltre recano le lettere “R e L” e dei numeri indicanti probabilmente i rapporti fra le varie lunghezze d’onda. Le lunghezze d’onda delle sinusoidi così riprodotte varia da coppia a coppia.
Sarebbe qui troppo lungo descrivere in dettaglio tutti i fenomeni ondulatori che si possono simulare con l’apparecchio; ci limiteremo solo alle più importanti:
Propagazione di un’onda piana (ovvero polarizzata linearmente):
Si inseriscono sui cursori 2 sagome verticali.
Propagazione di onde circolari o ellittiche:
Si inseriscono sui 2 cursori 2 coppie (una verticale e una orizzontale) di sagome sinusoidali. La somma delle due componenti in piani perpendicolari darà, a seconda della differenza di fase stabilita fissando i cursori con la lamina “D”, un’onda piana e inclinata, un’onda con polarizzazione circolare o ellittica (destrorse o sinistrorse).
Interferenza di onde piane:
Dopo aver prodotto un’onda piana sulla fila di asticelle superiori, si inserisce nella macchina una coppia di guide verticali: l’onda risultante rappresenta la somma interferenziale dell’onde formate dalla serie di asticelle laterali mobili e da quella delle asticelle fisse di riferimento.
Analogamente, variando le sagome e la loro posizione, fissando la differenza di fase tramite i cursori, è possibile visualizzare altri fenomeni quali la rotazione del piano di polarizzazione, l’interferenza di un’onda polarizzata circolarmente con un onda piana o con una seconda onda circolare.
Data: 3/4 XIX sec.
Autore: firmata da Jules Duboscq
Misure: Larghezza 630, profondità 200, altezza 150 mm; sagome: 550x50x6 mm
