VE

LUCI

ZZIAMOCI

!

Ufficialmente la misura più precisa della velocità della luce è di

299 792 458

metri al secondo.

Ma come siamo arrivati a questo risultato?

Già nell’antichità greca Empedocle e Lucrezio avevano fatto le prime ipotesi sulla velocità della luce e per molto tempo si credette che essa si propagasse istantaneamente.

Successivamente Galileo si rese conto che ciò non era vero. A dimostrazione di questo ideò un esperimento per misurare la velocità della luce.

Descrizione dell’esperimento Galileo ed un suo assistente andarono con una lanterna sulla cima di due colline. Galileo scoprì la lanterna e l’assistente, non appena vide la luce, fece un segnale. Galileo avrebbe quindi dovuto misurare il tempo necessario alla luce per percorrere la distanza tra le due colline.

L’esperimento non portò ad alcun risultato. La velocità della luce era troppo grande per essere misura con gli strumenti che aveva Galileo al tempo!!!

Nonostante l’insuccesso egli rimase comunque della convinzione che la luce avesse una velocità finita.

La teoria di Galileo fu confermata da Romer che nel 1676 riuscì a misurare, seppure approssimativamente, la velocità della luce.

Armand Fizeau:

(Parigi,23 settembre 1819-Ventevil,18 settembre 1896) I suoi primi lavori furono svolti in collaborazione con Léon Foucault.

Realizzò la prima misura diretta della velocità nell’aria, grazie a un dispositivo basato su specchi e un disco dentato.

Fizeau rivelò inoltre l’applicabilità dell’effetto Doppler, un cambiamento apparente della frequenza e della lunghezza d’onda di un’onda percepita da un osservatore che si trova in movimento rispetto alla sorgente della luce.

La teoria di Galileo fu confermata da Romer che nel 1676 riuscì a misurare, seppure approssimativamente, la velocità della luce.

Esperimento Fizeau:

• • • • Un sottile fascio luminoso proveniente da una sorgente S, dopo essere stato in parte trasmesso e in parte riflesso da uno spechio semiriflettente A, incide sul bordo di una ruota dentata R.

La luce che passa tra due denti della ruota incontra, ad una distanza d, lo specchio B, dove si riflette tornando indietro.

Se la ruota è ferma, il raggio di ritorno passa attraverso lo stesso vano e colpisce di nuovo lo specchio A; qui la luce viene parzialmente trasmessa arrivando così fino all’osservatore.

Dopo vari esperimenti il valore trovato da Fizeau con questo metodo fu di 313300 km/s.

Jean Bernard Léon Foucault:

(Parigi, 18 settembre 1819- 11 febbraio 1868) • • È un fisico francese conosciuto per l’invenzione del pendolo che serve a dimostrare la rotazione della Terra.

Fece una serie di esperienze sulla luce. Il suo interesse spaziò anche verso l’interferenza dei raggi infrarossi ed alla polarizzazione cromatica della luce.

Esperimento di Foucault

• • • Migliorò l’esperienza di Fizeau sostituendo la ruota dentata con uno specchio rotante.

Egli trovò per la velocità della luce nell’aria il valore di 298000 km/s.

Con lo stesso dispositivo stabilì che la velocità di propagazione della luce nell’acqua è uguale a circa ¾ della velocità di propagazione dell’aria.

Albert Abraham Michelson

(Strzelno, 19 dicembre 1852- Pasodena, 9 maggio 1931) • • Fin dal 1877, Michelson iniziò a studiare un miglioramento del metodo di misura della velocità della luce basato sugli specchi rotanti.

Nel 1923, Michelson condusse ad una misura della velocità della luce pari a 299792.5 km/s ossia ad un valore ancora più vicino a quello attualmente accettato.

Esperimento di Michelson

• Albert Michelson pensò di effettuare una doppia misurazione della velocità della luce, con un apparecchio chiamato interferometro, nella direzione del moto terrestre e in direzione opposta, con lo scopo di confrontare i due risultati e di provare il moto della Terra attraverso l'etere. La conclusione che si poteva trarre dal risultato negativo dell'esperienza era che la velocità della luce non subisce alcuna influenza da parte del moto terrestre. Una spiegazione consiste nel supporre che la velocità della luce sia sempre la stessa in tutte le direzioni, indipendentemente dallo stato di moto dell'osservatore.

La velocità della luce è

un’

INVARIANTE

Ma che cosa significa?

Osserviamo dalla banchina un treno in movimento.

All’interno vediamo un ragazzo che lancia un frisbee.

Se misuriamo la velocità del frisbee dalla banchina essa NON RISULTERA’ UGUALE a quella misurata se fossimo all’interno del treno.

La velocità misurata dalla banchina è la somma algebrica della velocità del treno e della velocità del frisbee. Velocità treno Velocità frisbee V FB = V FR + V TR

Se invece il ragazzo proiettasse un raggio di luce, questo avrebbe LA STESSA VELOCITA’ sia se misurata dall’interno del treno che dalla banchina.

La velocità della luce non varia rispetto al sistema di riferimento, è definita quindi una grandezza

Velocità della luce , saremo capaci di calcolarla con un semplice esperimento?

Cosa serve?

- Un forno a microonde non combinato, di cui conosciamo la frequenza - Un recipiente, ma non di metallo - Acqua e farina - Microonde

Microondeee? Ma cosa sono?

Le microonde sono onde elettromagnetiche, come la luce, e hanno anche la stessa velocità!

…e la lunghezza d’onda??

La lunghezza d’onda è la distanza tra due creste o due valli, e si indica con λ .

Ma come cuoce il forno a microonde?!?!?!

Come sulle corde di una chitarra si formano onde stazionarie sonore, all’interno del forno a microonde si creano onde stazionarie elettromagnetiche che oscillano su e giù senza spostarsi, accumulando energia…

La distanza tra due punte è uguale a metà della lunghezza d’onda Ecco perché dovremo togliere il piatto rotante per evitare una cottura uniforme… tanto è ancora presto per il pranzo!!

Procediamo...

 Eliminiamo il piatto rotante all'interno del forno e prepariamo una mistura di acqua e farina. La pastella che si andrà a formare, dovrà essere abbastanza densa e ricoprire interamente il fondo del recipiente. Come mostrato in figura --->  Inseriamo il recipiente nel forno, impostando quest'ultimo su una cottura di poche decine di secondi.

E adesso?

Una volta tolto il recipiente dal forno, sarà possibile notare varie zone di cottura (naturalmente, se avete proceduto bene); la distanza tra queste ultime corrisponde a metà della lunghezza d'onda ed essa è misurabile con un righello.

...in mano la calcolatrice!

La distanza tra le zone di cottura è circa 6 cm. Questi dobbiamo raddoppiarli per ottenere la lunghezza d'onda, che da qui in poi indicheremo con λ.

Sappiamo inoltre che la velocità di un'onda è il prodotto tra la sua frequenza (f) e la sua lunghezza d'onda, quindi: V = λ x f Quindi, sapendo che: λ = 6cm x 2 = 12cm frequenza forno = f = 2.45 Ghz V = 12cm x 2.45 Ghz = 294 000 000 m/s La velocità della luce è 299 792 458 m / s ...direi che ci siamo andati vicini!

Osservazioni...

Varie sono state le difficoltà incontrate, sicuramente la principale è stata l’incertezza sulla misura di λ, dovuta all’irregolarità dell’espandersi delle zone cotte.

Lo scopo principale del nostro lavoro non è stato misurare rigorosamente la velocità della luce, ma dimostrare che la misura di costanti fisiche è accessibile a tutti, così da poter

gustare

il fascino che questi valori portano.