I Laboratori della luce
L'interferometro di
Michelson
Scheda informativa
ESPERIMENTO MICHELSON
L'interferometro di Michelson-Morley permise nel 1887 di misurare con precisione, per la prima
volta nella storia, la lunghezza d'onda di un fascio luminoso monocromatico. Vi proponiamo di
ritornare a quei tempi, quando la natura ondulatoria della luce era stata appena accettata anche dai
più scettici, per convincervi che i raggi luminosi non si possono descrivere immaginandoli soltanto
come gruppo di particelle in movimento. Per fare questo, osservando un fenomeno caratteristico
proprio delle onde chiamato interferenza, misureremo la lunghezza d'onda di un fascio di luce laser
monocromatico (rosso).
Date due onde di stessa frequenza, ma differente fase, nel momento in cui si sovrappongono in un
punto dello spazio generano il fenomeno dell'interferenza, ovvero la luce che arriva può essere più o
meno intensa, tanto da determinare zone di luce e zone di buio. Questo è dovuto da come le due
onde si sommano nel punto considerato:
Questa figura fa vedere che si ha il massimo di intensità di luce (interferenza costruttiva), quando le
due onde sono in fase, ovvero quando le relative creste e ventri sono nello stesso punto; mentre si
osserva il buio (interferenza distruttiva) quando le creste della prima sono sovrapposte ai ventri
della seconda.
Il funzionamento dell'interferometro di Michelson si basa sulla generazione di due fasci laser
coerenti ottenuti per scissione da un unico raggio, sdoppiato grazie a uno specchio semitrasparente
(beam-splitter). A questo punto i due raggi vengono indirizzati su due differenti specchi, uno fisso e
uno mobile. Una volta riflessi essi vengono mandati su uno schermo sul quale si può osservare la
loro interferenza. In particolare potrete osservare frange di forma circolare, luminose o scuse a
seconda del tipo di interferenza:
>> si ha interferenza costruttiva quando la differenza di cammino, Δx, tra i due raggi luminosi è un
multiplo intero della lunghezza d'onda
Δx = n · λ
con n = 1 , 2 , 3 , ...
>> si ha interferenza distruttiva quando la differenza è un multiplo intero di mezza lunghezza
d'onda
Δx = n · λ/2
con n = 1 , 2 , 3 , …
Sperimentalmente, una volta individuata la condizione di interferenza costruttiva in un punto
preciso dello schermo, è possibile variare la differenza di cammino tra i due raggi luminosi
spostando lo specchio mobile attraverso una vite micrometrica e alternare situazioni di interferenza
costruttiva e distruttiva. Conoscendo di quanto è variata la posizione dello specchio e contando il
numero di frange di interferenza luminose, è possibile determinare la lunghezza d'onda del laser
utilizzato.
Poiché stiamo osservando un fenomeno tipico delle onde (l'interferenza) e caratterizziamo la nostra
sorgente con una quantità anch'essa propria dei fenomeni ondosi (la lunghezza d'onda), potrai
apprezzare in prima persona la natura ondulatoria della luce.