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Approfondimento: come è stata misurata le velocità della luce?

All’inizio del XVII secolo, molti scienziati erano convinti che non esistesse una cosa come “la velocità della luce”; pensavano che la luce potesse percorrere qualsiasi distanza senza impiegare tempo. Galileo non era d’accordo e ideò un esperimento per misurare la velocità della luce: con un assistente presero due lanterne schermate e andarono 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 sua. Galileo avrebbe quindi dovuto misurare il tempo necessario per vedere la luce dall’altra collina. A quel punto, dividendo la distanza per il tempo, si sarebbe potuta ottenere la velocità della luce. E funzionò?

No. Il problema è che la velocità della luce è troppo grande per poter essere misurata così; per percorrere un miglio, la luce impiega un tempo così piccolo (circa 0,000005 secondi) che non poteva venire misurato dagli strumenti di cui disponeva Galileo. Quindi, occorre una distanza molto più grande, milioni di kilometri, sulla quale farla viaggiare. Come si fa a mettere in piedi un esperimento come questo?

Intorno al 1670, l’astronomo danese Ole Christensen Rømer stava compiendo osservazioni estremamente precise su Io, una luna di Giove, che compie un’orbita completa intorno al pianeta in 1,76 giorni. Dunque Rømer si aspettava di poter predire il suo moto con buona precisione. Con suo gran stupore, scoprì che la luna non era sempre dove ci si aspettava che fosse. In certi periodi dell’anno sembrava essere in ritardo, in altri in anticipo. Perché mai Io dovrebbe orbitare più velocemente in certi periodi e più lentamente in altri? È esattamente quello che si chiese Rømer, il quale tuttavia notò che Io sembrava essere avanti rispetto all’orbita prevista quando la Terra era più vicina a Giove e indietro quando la Terra era più lontana. Tutto questo doveva avere a che fare con la velocità della luce.

Insomma quando Giove è più lontano, la luce ci mette ancora di più per arrivare, perciò Rømer vedeva Io come si trovava in un tempo ancora precedente del solito, ad esempio un’ora e un quarto invece di un’ora. L’opposto succedeva quando la Terra e Giove sono più vicini del solito. Quindi, Io in realtà non cambiava la sua orbita; sembrava solo essere in luoghi diversi a seconda di quanto tempo ci metteva la luce per arrivare qui. Sapendo di quanto sembrava variare l’orbita di Io e di quanto varia la distanza fra la Terra e il Sole, Rømer fu in grado di calcolare la velocità della luce. Il suo calcolo diede il valore di 186.000 miglia al secondo. O 297.000 chilometri.

Negli anni che seguirono, con lo sviluppo di migliori tecniche e strumenti, molti altri furono in grado di calcolare la velocità della luce accuratamente. Con le risorse della tecnologia odierna, possiamo misurarla con una precisione incredibilmente alta. Per esempio, alcuni astronauti hanno attaccato uno specchio a una roccia sulla Luna; dalla Terra, gli scienziati inviano un raggio laser verso lo specchio e misurano il tempo di viaggio dell’impulso, che è circa 2 secondi e mezzo per il viaggio di andata e ritorno. L’idea che sta dietro a questo esperimento non è molto differente da quella di Galileo, a pensarci bene. Comunque, chiunque misuri la velocità della luce, in ogni momento, con qualsiasi metodo, ottiene più o meno lo stesso risultato di Rømer: poco meno di 300.000 km al secondo. Solo che l’astronomo danese lo rilevò circa 350 anni fa.

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