Un autovelox per la luce

1. Un autovelox per la luce Liceo Scientifico “G. Aselli”

2. E luce fu... Liceo Scientifico “G. Aselli”

3. …Per i Greci: • Interesse per la natura della luce e per il meccanismo della visione con un complesso intreccio di approcci metafisici, fisici e fisiologici. • Primo esempio significativo di matematizzazione di un fenomeno fisico attraverso la geometria. Liceo Scientifico “G. Aselli”

4. … Per il Medioevo • Il mondo arabo raccoglie l’ampia eredità della cultura greca anche in questo campo e la ampia attraverso l’opera di Alhazen e di Avicenna (X-XI secolo), con i quali si va affermando la distinzione tra lumen e lux. Liceo Scientifico “G. Aselli”

5. … Per il Rinascimento: • con Leonardo da Vinci e altri, gli oggetti pratici, come la camera oscura e le lenti, acquistano un contenuto eminentemente teorico. Liceo Scientifico “G. Aselli”

6. … Per Keplero e Galileo: • con le loro opere, il terreno su cui si affrontano i problemi di ottica diventa decisamente fisico. • L’attenzione è rivolta ai risultati sperimentali, ai metodi matematici con cui si interpretano e all’uso degli strumenti nell’indagine sperimentale. • L’interpretazione dei fenomeni luminosi viene fondata sulla base della geometria euclidea e sul concetto fisico-matematico di raggio di luce.

7. Metodi di determinazione nella storia • Velocità della luce: finita e infinita • Galileo concluse che la velocità della luce era straordinariamente elevata. • Roemer stabilì che la luce si propagava con velocità finita. • Fizeau misurò la velocità della luce. • Foucault misurò la velocità della luce entro le mura di un laboratorio. Liceo Scientifico “G. Aselli”

8. Arrivarono alle conclusioni che la velocità della luce è di circa (per la precisione 299 792 458 m/s) Liceo Scientifico “G. Aselli”

9. Galileo Galilei: • concezione della natura come ordine oggettivo e causalmente strutturato di relazioni governate da leggi; • concezione della scienza come sapere sperimentale – matematico; • intuì che la velocità della luce non poteva essere infinita, ma i suoi tentativi per misurarla furono infruttuosi.

10. L’esperimento di Galileo: • insieme ad un assistente, prese una lanterna schermata e andò sulla cima di due colline che distavano un miglio. Galileo scoprì la sua lanterna, e l'assistente, non appena vide la luce, scoprì a sua volta la lanterna. Galileo avrebbe quindi dovuto misurare il tempo necessario per vedere la luce dall'altra collina. • A quel punto era sufficiente dividere la distanza per il tempo per ottenere la velocità della luce. • Ovviamente l’esperimento non portò ad alcun risultato, questo perché la velocità della luce è troppo grande per essere misurata in questo modo.

11. Ole Rømer: (Aarhus, 25 settembre1644 – Copenaghen, 19 settembre1710) • lavorò inizialmente come assistente del matematico Erasmus Bartholin a Copenaghen. • L’incontro con l’astronomo Jean Picard gli consentì di effettuare le misurazioni delle eclissi di Io, un satellite di Giove. • Come matematico introdusse il primo sistema nazionale per i pesi e le misure. Sviluppò anche la prima scala delle temperature.

12. L’esperimento di Roemer • La prima valutazione quantitativa della velocità della luce fu attraverso un esperimento che utilizzava come “lanterna” un satellite di Giove e come distanza quella esistente fra questo pianeta e la Terra. • Roemer, convinto che la luce dovesse impiegare un certo tempo per propagarsi da un punto all’altro dello spazio, fu il primo a capire che il ritardo con cui la luna di Giove appariva quando la Terra veniva a trovarsi più lontana da Giove era dovuto al tempo impiegato dalla luce per percorrere la maggiore distanza fra i due pianeti. • valutò che la somma di tutti i ritardi fosse circa 22 minuti. Tale intervallo di tempo corrisponde al tempo impiegato dalla luce a percorre il diametro dell’orbita terrestre, ritenuto a quel tempo di .

13. Armand Fizeau:(Parigi, 23 settembre1819 – Venteuil, 18 settembre1896) • I suoi primi lavori furono svolti in collaborazione con Léon Foucault. • Realizzò la prima misura diretta della velocità della luce 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 o della lunghezza d'onda di un'onda percepita da un osservatore che si trova in movimento rispetto alla sorgente delle onde.

14. L’esperimento di Fizeau: • Un sottile fascio luminoso proveniente da una sorgente S, dopo essere stato in parte trasmesso e in parte riflesso da uno specchio semiriflettente A, incide sul bordo di una ruota dentata R. • La luce che passa tra due denti della ruota incontra, ad una distanza d, pari, per esempio, a 10 Km, 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. • Se la ruota gira con una velocità angolare ω tale che , nel tempo impiegato dalla luce per percorrere due volte la distanza d, a un vano si sostituisce il dente successivo, il raggio riflesso non giunge più all’osservatore, che perciò non percepisce la luce.

15. Indichiamo con n il numero dei denti e quindi anche il numero dei vani. • Se dunque nel tempo un dente della ruota si porta sulla posizione dove era inizialmente un vano, il tempo che impiega il dente per compiere un giro completo, cioè il periodo T di rotazione della ruota, è • da cui, poiché è segue: cioè • Poiché è anche e quindi: • Nota la velocità angolare ω della ruota e il numero n dei denti, misurando d, si ricava dunque la velocità della luce. Il valore trovato da Fizeau con questo metodo fu di 313300 km/s.

17. Jean Bernard Léon Foucault:(Parigi18 settembre1819 – 11 febbraio1868) • fisicofrancese conosciuto per l'invenzione del pendolo, oggi noto con il suo nome, che serve a dimostrare la rotazione della Terra. • Inventò il giroscopio. Scoprì le correnti indotte. • I suoi primi anni di studio furono dedicati alla medicina ma il giovane si appassionò alla fisica. • Fece una serie di esperienze sulla luce. Il suo interesse spaziò anche verso l'interferenza dei raggi infrarossi ed alla polarizzazione cromatica della luce.

18. L’esperimento di Foucault: • migliorò l’esperienza di Fizeau sostituendo la ruota dentata con uno specchio rotante. • Progettò il suo esperimento in modo da condurre tutte le misure in laboratorio. • 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. • Il metodo di Foucault, ulteriormente perfezionato da Albert Michelson nel 1923, 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.

20. Lodi Rizzini Daniele • Marchi Lorenza • Rossi Maddalena • Valerani Luca • Voltini Giulia Liceo Scientifico “G. Aselli”

21. Bibliografia e sitografia: • M.E. Bergamaschini, P. Marazzini, L. Mazzoni L’indagine del mondo fisico, Onde e luce - Vol. D Carlo Signorelli Editore • A. Caforio, A. Ferilli Fisica 2 Le Monnier • http://it.wikipedia.org/wiki/Galileo_Galilei • http://it.wikipedia.org/wiki/Ole_R%C3%B8mer • http://it.wikipedia.org/wiki/Hippolyte_Fizeau • http://it.wikipedia.org/wiki/Jean_Bernard_L%C3%A9on_Foucault Liceo Scientifico “G. Aselli”