Ottica geometrica

La velocità della luce

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Una opinione abbastanza diffusa è che la propagazione della luce sia istantanea, cioè che la luce viaggi a velocità infinita. A sostegno di questa ipotesi c'è l'esperienza comune: se qualcuno accende una lampadina o fa scattare il flash di una macchina fotografica, la percezione della luce è immediata.

Il suono proviene da oggetti in vibrazione come le corde vocali o le corde di una chitarra. Se qualcuno volesse convincerti che il suono si propaga a velocità infinita, sapresti trovare degli esempi per contraddirlo?

Per quanto riguarda il suono (che nel'aria viaggia a 340 m/s), basta riferirsi a distanza di qualche centinaio di metri per poter avvertire un ritardo nella percezione. Si pensi, ad esempio, al fenomeno dell'eco o all'intervallo di tempo fra lampo e tuono.

Galileo Galilei pensò che la luce avesse una velocità molto più alta di quella del suono e progettò di misurarla con l'aiuto di un allievo e di due lanterne: Galileo e il suo discepolo si sarebbero dovuti porre su due collinette a distanza nota con le due lanterne schermate; quando Galileo scopriva la sua lanterna, anche l'allievo avrebbe dovuto fare lo stesso. In tal modo si pensava di poter misurare il tempo trascorso tra l'accensione di una lanterna e la visione della luce di risposta e di conseguenza la velocità della luce.

L'esperienza pensata da Galileo non aveva alcuna possibilità di successo in quanto il tempo impiegato dalla luce per percorrere un kilometro è di circa 3 milionesimi di secondo, molto minore dei tempi di reazione di un essere umano.

La luce ha una velocità così alta che le distanze terrestri vengono percorse in tempi brevissimi: se però la luce proviene da distanze interplanetarie, interstellari o intergalattiche il tempo impiegato diventa apprezzabile.

In quanto tempo pensi che ci raggiunga la luce che proviene dal Sole?
  1. qualche frazione di secondo
  2. qualche secondo
  3. qualche minuto
  4. qualche ora

Le prime misure sulla velocità della luce furono effettuate, mediante osservazioni sui satelliti di Giove, da Olaf Roemer nel 1676 e, 50 anni dopo, da James Bradley in Inghilterra.

La prima misura della velocità della luce su una distanza terrestre fu fatta dal francese Hippolyte Louis Fizeau nel 1849 che utilizzò un apparato in cui un fascio di luce era inviato contro uno specchio ed intercettato da una ruota dentata in rapida rotazione. Fizeau regolava la velocità della ruota in modo che la luce passasse tra un dente e l'altro in andata e colpisse un dente al ritorno. La velocità della luce si otteneva in funzione della velocità di rotazione della ruota.

Le misure attuali danno, per la velocità della luce nel vuoto, il valore

c = (299 792 450 ± 100) m/s

Nei nostri calcoli possiamo utilizzare l'approssimazione

c = 3 108 m/s

Questa velocità, se pure altissima, è pur sempre finita e sulle distanze dell'Universo questo conta molto: la luce della stella a noi più vicina dopo il Sole (Proxima Centauri) impiega 4 anni per arrivare sulla Terra e quella della galassia Andromeda addirittura 2 milioni di anni!

Il cielo stellato che ci appare di notte è il passato dell'Universo: vediamo le stelle come erano decine e centinaia di anni fa e probabilmente anche stelle che al momento attuale non esistono più.

Determina il tempo impiegato dalla luce a percorrere la distanza Terra-Luna

Copyleft Ludovica Battista