Specchio rotante di Foucault, Leybold N° 476 40.
Nell`inventario D del 1956 al n° 1602 si legge testualmente: “Specchio girevole per la misura della velocità delle onde”. Fabbricato dalla Leybold e acquistato nel 1959 è destinato al laboratorio di Fisica.
Lo specchio rotante fu usato da J. B. L. Foucault tra il 1850 e il 1862 per la misura della velocità della luce in aria e nell`acqua sia ferma sia in moto, come già aveva fatto fin da 1849 A. H. Fizeau col metodo della ruota dentata, ispirato da un tentativo fatto da Galileo, che prevedeva di misurare il tempo di andata-ritorno su una data distanza.
Fizeau, a proposito delle misura della velocità della luce nell`acqua in moto, trovò una formula empirica che era in accordo con i dati sperimentali (formula che era già stata dedotta teoricamente da Fresnel) e che prevedeva un trascinamento parziale dell` “etere”.
Ma solo con l`avvento della Relatività Ristretta di A. Einstein del 1905 si ebbe la corretta interpretazione dei dati senza bisogno di ipotizzare l`esistenza del suddetto “etere”.
Sembra che il primo ad usare uno specchio rotante sia stato Arago, ma non si conoscono i suoi risultati.
I primi metodi per la misura della velocità della luce furono astronomici: O. Römer negli anni 1675/1676 si basò sull`osservazione dell`occultamento di Io, un satellite di Giove, in diversi mesi dell`anno, in particolare erano utili due osservazioni a sei mesi di distanza. Nel 1727 J. Bradley, dopo aver notato che il telescopio andava inclinato di angoli diversi durante lo scorrere dell`anno, ne dedusse la misura della velocità della luce.
Ma la corretta interpretazione dei dati sperimentali si ebbe di nuovo con la Relatività Ristretta.
Descriviamo per sommi capi il metodo di Foucault riferendoci alla figura 98.
Un raggio di luce ben collimato, emesso dalla sorgente S, viene diretto sullo specchietto rotante inizialmente fermo in posizione tale che il raggio viene riflesso verso uno specchio M, torna indietro ripercorrendo lo stesso tragitto. Ma, prima di raggiungere la sorgente, una lamina semiriflettente G ne invia un parte sullo schermo E sul quale si farà la misura.
Se adesso lo specchio viene messo in rapida rotazione il raggio di luce subirà una deviazione via via crescente che verrà visualizzata sullo schermo in posizioni diverse. Quando lo specchio raggiungerà un regime di rotazione costante, si potrà misurarne la deviazione dalla posizione iniziale. Conoscendo la distanza totale, la frequenza di rotazione a regime e la deviazione sullo schermo, si riuscirà a misurare la velocità della luce.
Oggi si dispone di luce laser, di buoni mezzi ottici, di fotodiodo collegato con oscilloscopio per misurare la frequenza di rotazione, e l`esperimento presenta meno difficoltà di quelle incontrate fino a non molti anni fa.
Come si legge sulle schede di istruzione della Leybold riportate in bibliografia, lo specchio rotante Leybold va usato capovolto rispetto alle immagini sulle foto e raggiunge a regime una frequenza di rotazione di 450 Hz.
Alcuni particolari dell`esperimento in versione moderna sono visibili nella seconda figura e terza figura.
Bibliografia.
M. Born, La Sintesi Einsteiniana, Boringhieri, Torino 1969.
R. P. Feynman, R. Leighton, M. Sands, The Feynman Lectures on Physics, Vol. I, Addison Wesley, Massachusetts 1964.
P. Drude, M. Boll, Précis d`Optique, Tome I, Ghautier-Villars, Paris 1911, da cui è tratta la prima figura.
A. Battelli, P. Cardani, Trattato di Fisica Sperimentale, Vol. II, F. Vallardi, Milano 1913.
G. Gianfranceschi, Appunti di Fisica Elementare, Pontificia Università Gregoriana, Roma 1927.
G. Castelfranchi, Trattato di Fisica, U. Hoepli, Milano 1941.
E. Perucca, Fisica Generale e Sperimentale, Vol. II, UTET, Torino 1949.
Leybold Physics Leaflets P5.6.11. e P5.6.1.2 da cui sono tratte la seconda e la terza figura.
Foto di Claudio Profumieri, elaborazioni, ricerche e testo di Fabio Panfili.
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