mercoledì 1 febbraio 2017

1887 ESPERIMENTO DI MICHELSON MORLEY

Per Maxwell le onde elettromagnetiche hanno bisogno di un mezzo di propagazione detto ETERE rispetto al quale si muovono ad una velocità pari a c=3∙10⁸ m/s. La situzione è analoga al suono che si muove nell'aria.

OSSERVAZIONE: Misuriamo la velocità del suono muovendoci verso la sorgente ferma con velocità v. La velocità misurata è pari a v+c per la legge di composizione delle velocità (c è la velocità del suono rispetto alla sorgente). Se ci allontaniamo è c-v. In questo modo misurando la velocità del suono rispetto al nostro sistema possiamo evidenziare il moto del nostro sistema rispetto all'aria. 


Per questo motivo si pensava di calcolare la velocità della Terra rispetto all'etere misurando la velocità della luce dal nostro sistema Terra che si muove a 30Km/s nel suo moto intorno al Sole.
Nasce l'idea dell'esperimento di Michelson-Morley 1887.

Lo scopo dell’esperimento: misurare la velocità della Terra rispetto all’ETERE considerato fermo.
NB: In quel momento storico era considerato sicuramente vero il Principio di relatività Galileiano. I sistemi inerziali sono equivalenti da un punto di vista dinamico. Le leggi della dinamica sono identiche in ogni sistema inerziale. E' vero anche per le leggi dell'elettromagnetismo? Questa ipotesi dell'esistenza dell'etere considerato come sistema fermo era contro la validità del principio di relatività esteso ai fenomeni elettromagnetici. 
 
Si pensava che la velocità di un fascio di luce rispetto all’etere dipendesse dalla velocità della Terra per la legge di composizione della velocità.
strumento utilizzato: interferometro


Un fascio di luce è suddiviso i due fasci che percorrono spazi uguali in direzioni perpendicolari per poi convergere in uno schermo dove interferiscono.
Se la velocità dei due fasci è la stessa l'interferenza è solo costruttiva .
Se la velocità è diversa arrivano sfasati e si OSSERVA anche INTERFERENZA distruttiva.
Per comodità pensiamo all'interferometro che si muove con velocità v rispetto all'etere . Vedi la figura sotto che mostra la composizione delle velocità nei due casi di un fascio di luce che si muove nella stessa direzione di v e in direzione perpendicolare.
Secondo la fisica classica se il raggio si muove parallelo alla direzione del moto del sistema Terra impiega un tempo diverso rispetto al fascio che si muove perpendicolarmente.
L'animazione sopra mostra il percorso del raggio di luce che si muove nella direzione di moto dell'interferometro. Secondo la fisica classica il raggio all'andata ha una velocità c-v mentre al ritorno ha una velocità c+v. Quindi all'andata impiega un tempo L/(c-v) mentre al ritorno impiega L/(c+v). In totale dovrebbe impiegare un tempo :
Il tempo impiegato dal fascio di luce perpendicolare è maggiore perchè è maggiore il percorso (vedi animazione sotto)
Se c è la velocità della luce rispetto all'etere, il tempo impiegato (si ricava applicando Pitagora) è :
Quindi il secondo raggio di luce dovrebbe arrivare al rilevatore in ritardo rispetto al primo (secondo la fisica classica) e sfasato.

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