esperimento con la luce laser

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nunzioF
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esperimento con la luce laser

Messaggio da nunzioF » 21 feb 2023, 0:33

Ciao,
sto cercando di verificare una cosa con un laser,
preciso fin da ora che sono affascinato da questo campo ma la mia competenza a livello fisico matematico è prossima allo 0.
diciamo che vado più ad intuito e di logica, ( ma quando si parla di luce forse non serve :) ). comunque,
l'esperimento che voglio verificare è vedere di quanto spazio si "devia" la luce del laser in funzione della velocità.

La velocità in questione è la veloictà orbitale della terra intorno al sole, che si aggira intorno ai 30 km/s.
il rapporto tra velocità orbitale della terra e la velocità della luce laser è di 10000 volte.
ossia: ( i valori sono arrotondati per semplicità...)
La terra viagga a 0,03 mm/ns
La luce viaggia a 300 mm/ns.
passo alla descrizione dell'esperimento:
- posiziono il laser orrizontalmente al terreno e in parallelo con la longitudine ( direzione del fascio da sud a nord ).
- centro la luce del laser su una superfice (perpendicolare al fascio) distante 100 mt e definisco il centro del fascio con un segno. ( setup )
- questa operazione va fatta a metà giornata circa ( ossia calcolando il tempo dal sorgere del sole al tramonto del sole )
- eseguo la prima misura al tramonto
- eseguo la seconda misura all'alba.
ora vi chiedo, cosa dovrei vedere al raggio del laser?
secondo me dovrei vedere uno scostamento della luce laser rispetto il centro delineato al momento del setup.
poichè:
la luce laser impiega 333 ns per percorrere 100 mt e la terra percorrerà nello stesso tempo circa 1 cm.
questa distanza sarà massima al momento dell'alba e al momento del tramonto.

definisco empiricamente i vari orari di misurazione:
setup ore 12 il laser punta sul centro disegnato.
alba ore 6 il laser punta più ad ovest di un centimetro
tramonto ore 18 il laser punta più ad est di un centrimetro
ore 24 il laser punta sul centro disegnato.

perchè penso sia così?
perchè quando un fotone del laser viene emesso non fa più parte del sistema di riferimento poichè le velocità della terra
e della luce NON si sommano.
è così?
grazie dell'eventuale chiarimento

Gamow00
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Re: esperimento con la luce laser

Messaggio da Gamow00 » 22 feb 2023, 1:55

Ciao Nunzio, benvenuto nel forum.

La domanda che ti poni è molto interessante ed è stata cruciale nel secolo scorso. Ha alla fine condotto allo sviluppo della teoria della relatività ristretta.
I fisici di inizio Novecento si interrogavano sull'esistenza dell'etere luminifero, ovvero di un mezzo che permea tutto lo spazio e che supporta la propagazione delle onde elettromagnetiche. Questo etere si comporterebbe un po' come l'aria, dentro la quale si propagano le onde sonore. L'esistenza di un mezzo implica l'esistenza di un sistema di riferimento "fondamentale", quello nel quale l'etere è a riposo. Muoversi all'interno dell'etere porterebbe a degli effetti che possono essere misurati, e diventerebbe quindi possibile sapere quando si è in questo sistema di riferimento privilegiato. Un esempio di questo fenomeno è il famoso effetto Doppler, che cambia la frequenza della sirena di un'ambulanza mentre si avvicina o allontana.
Per verificare l'esistenza dell'etere, i fisici hanno ideato un esperimento nello spirito simile a quello che vorresti fare tu, ma che sfrutta la natura ondulatoria della luce e permette misurazione estremamente accurate. Si tratta dell'Esperimento di Michelson-Morley, uno dei più importanti nella storia della fisica.
Si è così scoperto che la luce non si propaga in un mezzo, quindi non è possibile misurare la propria velocità rispetto a un sistema di riferimento nella quale la luce si propaga (perchè questo sistema di riferimento non esiste). In sostanza, se facessi l'esperimento vedresti che il fascio laser non si sposta di una virgola, proprio come farebbe qualunque altra cosa, ad esempio un proiettile.

Quello che ho detto sopra vale per i sistemi di riferimento inerziali, ovvero sistemi non in rotazione. In un sistema rotante come la Terra, è possibile misurare la propria accelerazione con vari metodi, per esempio il pendolo di Foucault. Il tuo apparato sarebbe anch'esso teoricamente in grado di misurare la rotazione della Terra, ma senza fare i conti immagino sia un effetto molto piccolo e quasi impossibile da vedere. Se usata bene però la luce è un'eccellente sistema per misurare rotazioni, e infatti i giroscopi più accurati e presenti su tutti gli aerei usano proprio un laser (se ti interessa la base di questo meccanismo è l'effetto Sagnac).
Nota che questi dispositivi possono solo misurare l'accelerazione, e non la velocità. Di fatto, le velocità sono solo relative e possono solo essere misurate RISPETTO A qualcosa. Puoi approfondire questo aspetto leggendo la teoria dei sistemi di riferimento inerziali di Galileo, che è stato il primo a capirci qualcosa.
Sapere aude ;)

nunzioF
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Re: esperimento con la luce laser

Messaggio da nunzioF » 22 feb 2023, 8:22

ciao Gamow00
grazie mille della risposta,
come ho detto nel questionario vado ad intuito :) e quindi a conti fatti non è come immaginavo.
ho iniziato da poco a seguire il forum, e lo trovo affascinante.
saluti

nunzioF
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Re: esperimento con la luce laser

Messaggio da nunzioF » 22 mar 2023, 21:39

ciao a tutti,
in queste settimane ho effettuato il test con il laser. nella modalità che ho descritto nel post iniziale.
Questo mio test vuole confermare l'indipendenza della luce dal mezzo di emissione,
questa verifica mi serve per provare l'errata esposizione di un altro esperimento sempre riguardante le proprietà della luce che magari esporrò più avanti :(

so che posso essere in errore ma i risultati del test danno dei segnali coerenti con quanto penso.
magari le parole che esprimo non sono correttamente espresse, ma vorrei dire che ho fatto questo test esclusivamente per comprendere che quando un fascio di luce viene emesso da una sorgente, questo fascio non fa più parte integrante della sorgente e di conseguenza del mezzo su cui la sorgente è ancorata.

ho verificato che, su tutte le prove che ho fatto in questo mese, il laser che puntava inizialmente al centro del bersaglio, con il passare delle ore il centro del fascio si spostava coerentemente sempre verso la stessa direzione, per poi tornare il giorno dopo alla stessa ora al centro del bersaglio (salvo lo spostamento della terra nel percorso fatto in un giorno di movimento...)
ora ho fatto parecchie prove a varie distanze, e tutte hanno dato risultati simili,
posso considerare degli errori sul bloccaggio del laser, ma col passare delle prove aumentavo la stabilità del sistema di bloccaggio del laser, e i risultati rimanevano sempre significativi.
Ora ho memorizzato su un file di tipo PNG,i risultati dell'ultimo test di questi giorni, file che vorrei condividere con voi e poi eventualmente discuterne il risultato.
purtroppo il file risulta troppo grande e non riesco a postarlo qui.
potete aiutarmi a condividerlo?
grazie mille

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