Ricostruire il microscopio di Robert Hooke

Come per il telescopio, il microscopio fu reso celebre per le scoperte effettuate da uno dei primi suoi utilizzatori. Quando si parla della storia del cannocchiale, si pensa a Galileo Galilei (1564-1642) e alle sue pionieristiche osservazioni della luna e dei pianeti. Allo stesso modo lo scienziato inglese Robert Hooke (1635-1703) fu uno dei primi a intuire le potenzialità del microscopio. Nel su libro Micrographia, pubblicato nel 1665, Hooke impressionò il pubblico facendo osservare un mondo fantastico ingrandendo al microscopio oggetti come aghi e capelli, formiche e ragni.

Sin dalla sua giovinezza Robert Hooke manifestò interesse in diversi campi della scienza (per questo motivo fu soprannominato il 'Leonardo d'Inghilterra'). Nel 1662 fu incaricato dalla Royal Society, l'accademia delle scienze d'Inghilterra, da poco fondata, per effettuare degli studi con il microscopio. Tre anni più tardi pubblicò fra l'altro Micrographia.

Questo grande libro è ricco di descrizioni fatte al microscopio fatte dallo stesso Hooke. Egli affermò che il suo obiettivo era di usare 'una mano obiettiva e un occhio affidabile per esaminare e registrare le cose così come apparivano'. In queste descrizioni Hooke incluse splendidi disegni dettagliati degli oggetti che osservava. E affermò che i suoi disegni di insetti fatti dal vivo facevano apparire questi come dei leoni o elefanti visti ad occhio nudo. Il libro ebbe un grande successo ed è ancora considerato un capolavoro delle letteratura scientifica.

Micrographia è stata l'ispirazione per il mio progetto scolastico che ha due scopi. Primo, costruire un microscopio utilizzabile, ispirato dai primi modelli, che fosse economico, facilmente realizzabile con materiali attuali e che gli studenti potessero utilizzare in classe; secondo che gli studenti investigassero nel mondo microscopico, ispirandosi agli studi di Robert Hooke come punto di partenza e realizzando le proprie osservazioni con delle descrizioni personali.

Il microscopio che io e i miei studenti abbiamo costruito, è una versione modificata di un modello descritto da ricercatori del Museo Galileo di Firenze in Italia^w1. E' simile a quello usato da Hooke e altri scienziati durante il XVI e l'inizio del XVII secolo e possiede gli stessi elementi essenziali: due lenti (obiettivo ed oculare), un tubo e un diaframma per ridurre le distorsioni. I materiali moderni che abbiamo usato sono lenti di plastica, ciascuna delle quali estratta da una macchina fotografica usa e getta.

Il modello costruito ha un ingrandimento di circa 20 X, sufficiente per rivelare le meraviglie del mondo microscopico come le vide Hooke.

Questo microscopio è robusto e trasportabile e può essere assemblato subito non appena ci si è procurato il materiale dopo qualche “taglia e incolla” (consultare il video sul web^w2). Può essere usato più volte per studi e osservazioni e richiede una manutenzione minima: pulizia delle lenti e ricambio delle batterie per la luce. Inoltre può essere conservato facilmente in classe o nel laboratorio perché occupa pochissimo spazio.

Materiali

• 2 lenti con una lunghezza focale di 35 mm, che ci si può procurare da macchine fotografiche usa e getta.
  Assicurarsi che il flash sia stato scaricato e rimuovere la batteria prima di aprire la macchina fotografica. Usare utensili con manico isolante (come cacciavite e pinze). Prevedere di dover aiutare gli alunni per estrarre le lenti dalle fotocamere.
• 2 rondelle metalliche con diametro esterno di 2 cm e foro interno di circa 1 cm di diametro.
• 1 disco nero di cartone o gomma con un diametro esterno leggermente più piccolo delle rondelle (circa 1.2 -1.5 cm) e con un foro di circa 2-3 mm di diametro .Questo è il diaframma: esso fa in modo di utilizzare la parte centrale della lente e non i suoi bordi evitando la distorsione dell'immagine.
• 4 tubi di plastica, per formare il corpo ed il supporto del microscopio, delle seguenti dimensioni:
  • Tubo per il corpo del microscopio: 16.5 cm di lunghezza, Ø 18 (diametro esterno 18 mm, interno 16 mm)
  • Tubo principale di supporto: circa 17 cm di lunghezza, Ø23 (diametro esterno 23 mm, interno 20 mm)
  • Due tubi di supporto più piccoli: ciascuno di circa 10 cm di lunghezza Ø16 (16 mm di diametro esterno)

Questi tubi sono quelli per le installazioni elettriche degli edifici, reperibili presso ferramenta o negozi di materiale elettrico o per il fai da te tipo Brico.

• 1 base rigida fatta di cartone spesso o legno di dimensioni 10 x 10 cm
• 2 elastici resistenti (per ottenere una costruzione più stabile, usare 1 elastico resistente e una fascetta stringicavo)
• 1 pezzo di carta nera opaca di dimensioni circa 15 x 5 cm
• 1 contenitore nero di plastica per pellicole da 35 mm o in alternativa un connettore di plastica per tubi da Ø18
• Una lampada per lettura, preferibilmente con una clip per attaccarla alla base del microscopio
• Blutack® o Patafix (tipo di gomma adesiva rimovibile alternativa a puntine da disegno, nastro adesivo ecc.)
• Pistola per colla calda al silicone
• Paio di forbici
• Un taglia carte
• Un seghetto per metalli
• Una riga
• Penna o matita

Esecuzione

1. Prendere il tubo che formerà il corpo del microscopio (Ø18). Arrotolare la carta nera opaca longitudinalmente e inserirla dentro il tubo così che formi un rivestimento interno per il tubo.

   

2. Attaccare ogni lente ad una rondella usando Blutack o incollandole delicatamente con colla a presa rapida. Poi aggiungere un anello di Blutack attorno al bordo delle lenti e della rondella.
3. Attaccare una unità lente-rondella all'estremità del tubo con la rondella al di fuori usando l'anello di Blutack per tenerlo fisso in posizione. Quindi fissare l'altra unità all'altra estremità allo stesso modo.

4. Fissare il disco nero di cartone o gomma in cima ad una delle rondelle all'estremità del tubo e fissarlo con Blutack. Il disco costituisce l'obiettivo del microscopio.
5. Costruzione dell'oculare: sul fondo del contenitore della pellicola tagliare un foro di larghezza sufficiente a far passare il tubo del corpo del microscopio (se state usando un connettore per il tubo, consultare la lista dei materiali, non c'è bisogno di fare il foro). Spingere il tubo (l'estremità senza il disco nero) appena un po' nel contenitore della pellicola e fissarlo con la colla se necessario.

6. Ora la costruzione del supporto per il corpo del microscopio. Utilizzando la pistola per la colla a caldo fissare i due tubi piccoli al tubo principale di supporto (il tubo più lungo della lista dei materiali) in modo che siano paralleli e tutti e tre abbiano una estremità coincidente, il tubo più lungo, ovviamente, supererà gli altri due all'estremità opposta.

7. A questo punto usare la pistola a colla per attaccare l'estremità libera del tubo più lungo alla base, posizionandola verso una estremità della base. Fare in modo che il tubo stia fermo fino al raffreddamento della colla.

8. Completare il microscopio unendo il corpo al supporto. Disporre i due elastici attorno ai tre tubi, uno vicino all'estremità superiore e uno vicino a quella inferiore. (Oppure usare una fascetta stringicavo per l'estremità inferiore). Quindi inserire il corpo del microscopio negli elastici con la parte dell'oculare messa in alto. Fare in modo che gli elastici siano abbastanza stretti da non far cadere il tubo e quindi tenerlo in posizione ma permettergli allo stesso tempo un movimento per farlo scendere e salire con le mani.
9. Regolare la posizione in modo che l'obiettivo sia a qualche centimetro di distanza dalla base. Il microscopio è pronto!
10. Per osservare un oggetto posizionarlo sulla base sotto l'obiettivo. Per metterlo a fuoco far scivolare su o giù il tubo del corpo finché l'immagine all'oculare non non è nitida. (Se è stata utilizzata la fascetta stringicavo mettere a fuoco ruotando dolcemente il tubo muovendo simultaneamente su e giù^w3.)
    Avendo una fotocamera digitale compatta si possono fotografare i campioni ingranditi. Disporre la camera sull'oculare, tenerla ferma e sarà sorprendente vedere la chiarezza delle immagini prodotte.

Avendo una fotocamera digitale compatta si possono fotografare i campioni ingranditi. Disporre la camera sull'oculare, tenerla ferma e sarà sorprendente vedere la chiarezza delle immagini prodotte.

Per migliorare le immagini

Per ottenere immagini migliori, con meno distorsione, si può costruire una versione del microscopio con una lenti addizionale fra l'oculare e l'obiettivo. Si utilizza un tubo di connessione che conterrà la lente addizionale. Basta aggiungere un altro sistema con lente e rondella sull'estremità del tubo connettore: questo sarà il nuovo oculare. L'oculare del modello precedente (descritto prima) diverrà la lente addizionale correttrice del modello di microscopio a tre lenti.

L'attività in classe

L'idea è di far usare il microscopio più o meno come lo utilizzò Hooke a ragazzi della fascia di 10-14 anni, ricreando un'atmosfera di vera scoperta scientifica. Gli studenti osservano al microscopio e riproducono i dettagli disegnandoli e descrivendoli. Infine la classe discute i risultati.

1. Preparare alcune fotocopie delle pagine del Micrographia con disegni di Hooke di oggetti simili a quelli osservati dagli studenti (vedere l'elenco oltre, come esempio) abbinando con una versione semplificata del testo descrittivo di ogni caso studiato^w4.
2. Selezionare una serie di oggetti adatti all'osservazione microscopica. Si potrebbe provare:
   • Un puntino scritto a mano ed uno creato da una stampante
   • La punta di uno spillo
   • Pezzi di stoffa
   • Granelli di sabbia, zucchero e sale
   • Semi e parti di piante
   • Piccoli insetti (ad esempio formiche) o altri artropodi (ad esempio isopodi come gli onischi, i “porcellini di terra”) narcotizzandoli immergendoli in una soluzione alcolica al 20-30% ad esempio una soluzione antisettica) per 15 minuti

3. Predisporre un microscopio per una coppia di alunni, assicurando che ci sia una luce di sufficiente intensità (per esempio con lampada da tavolo o una torcia potente).
4. Cominciare la lezione con una breve introduzione su Robert Hooke e la sua vita (il racconto è risultato efficace per incuriosire i ragazzi sul suo lavoro). Una serie di dipinti dell'artista Rita Greer che illustrano la vita di Robert Hooke sono una risorsa risultata utile^w5.
5. Dividere gli studenti in coppie con carta e matita per disegnare e prendere nota alternandosi al microscopio utilizzando, come esempio da seguire, una descrizione tratta dal Micrographia.
   All'interno di questo progetto sono state realizzate sette schede didattiche su altrettanti campioni osservati che sono liberamente scaricabili in inglese o in greco dalla rete^w6.
6. Gli studenti potrebbero discutere le loro osservazioni, i loro commenti e disegni a piccoli gruppi di due o di quattro prima di presentare l'intero lavoro in classe.

Gli studenti sono rimasti soddisfatti delle loro attività per aver fatto un gran lavoro svolto “in modo scientifico” imitando Hooke. Persino gli alunni che si lamentavano di non riuscire a disegnare si sono sforzati e hanno descritto verbalmente le osservazioni^w7. Il progetto ha incoraggiato gli studenti a fare scienza in modo autonomo utilizzando strumenti autocostruiti con materiale povero.

Ringraziamenti

Questo progetto è parte di un lavoro di ricerca diretto dal gruppo greco per il progetto 'La Storia e la Filosofia della Scienza nell'Insegnamento Scientifico' (HIPST)^w8, finanziato dal 7° Programma Quadro Scienza e Società-2007-2.2.1.2 – sui metodi di insegnamento.

L'autore ringrazia il coordinatore del gruppo greco di ricerca del progetto HIPST, Fanny Seroglou (professore associato dell'Università Aristotele di Salonicco) per il supporto al progetto.