Domus Galileiana
Giocando con la fisica e la matematica
21 Ottobre 2005
Interferometro
M. Giovanna Guarguaglini
Liceo “Ulisse Dini” Pisa
www.liceodini.it
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Il nostro interferometro
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Costruito da studenti delle
classi 4aA e 4aC
con la supervisione delle professoresse
Guarguaglini e Stampacchia
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Interferometro
Esperienza realizzata dagli studenti nella Ludoteca
Scientifica il 29 Aprile 2004, con la guida del prof.
Carlo Bradaschia, che l’ha ideata. Il prof. Bradaschia è
coordinatore del settore rilevatori dell’esperimento
VIRGO, in fase di costruzione, a cura dell’ I.N.F.N., a
Cascina, località Santo Stefano di Macerata.
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Onde e interferenza
λ
A
+ onda in fase
=
Interferenza costruttiva
(Onda con ampiezza doppia)
+ onda sfasata di λ/2
=
Interferenza distruttiva
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Schema della struttura dell’interferometro
Specchio perpendicolare
laser
Specchio obliquo
Specchio semitrasparente a 45°
Lente divergente
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Procedura per la costruzione di un
interferometro laser da 100€
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Tracciare gli assi ortogonali dell’interferometro e tracciare le posizioni dei
supporti (squadrette)
Preparare le staffe e fare sul banco i fori per le viti
Tracciare l’altezza (40mm) del fascio di luce sulle squadrette
Costruire il supporto regolabile
Montare gli specchi terminali sulle squadrette (autoadesivi, poi colla epossidica)
Montare lo specchio semiriflettente e lente divergente nel portalente
Montare il laser sulla squadretta e disporlo sul banco
Montare schermo sulla squadretta e disporlo sul banco
Posizionare primo specchio terminale e allinearlo col laser
Posizionare secondo specchio terminale (supporto regolabile)
Posizionare specchio semiriflettente e centrare accuratamente il fascio riflesso
sul secondo specchio terminale
Orientare il secondo specchio terminale (fascio riflesso centrato su specchio
semiriflettente e fasci coincidenti sullo schermo)
Posizionare la lente divergente fra schermo e specchio semiriflettente, vicino
allo specchio
Orientare finemente (con le viti) il secondo specchio terminale in modo da vedere
le frange di interferenza.
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..Applicazioni pratiche dell’interferometro
MISURAZIONE DI ONDE GRAVITAZIONALI
“Le sfuggenti onde gravitazionali sono perturbazioni della
curvatura dello spazio-tempo generate da corpi
materiali in movimento accelerato: possono essere
considerate analoghe alle onde elettromagnetiche
emesse da particelle cariche in movimento accelerato.”
• Previste dalla teoria della Relatività di Einstein
• Individuate indirettamente da Taylor e Hulse (Nobel nel
93)
• Non ancora osservate direttamente (in quanto sono
perturbazioni molto deboli)
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IL PROGETTO “VIRGO”
• Rivelatore di onde gravitazionali
• Costituito da due bracci ortogonali lunghi 3 km ciascuna
(anche se il cammino ottico è di circa 100 km per effetto
delle riflessioni multiple)
• Sfrutta il principio dell’interferometro di Michelson
• Può rilevare un’onda gravitazionale per il fenomeno
dell’interferenza
• Particolare attenzione al portare al minimo le perturbazioni
esterne
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Hanno partecipato:
Bertini Lorenzo
Biondi Bianca
Biver Chiara
Koci Ina
Malfatti Francesco
Mengali Alberto
Mintchev Stefano
Panettieri Enrico
Sisi Fabio
Soscia Gian-Luca
Vallini Livia
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Misurazione dell’indice di rifrazione di
un gas
• Camera a vuoto in cui possiamo immettere aria a pressione
variabile
• La velocità della luce subirà una variazione v= c/i
• Lo spostamento delle frange sullo schermo ci consente di
ricavare l’indice di rifrazione
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Il nostro interferometro
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Il sito di Virgo a Cascina - Pisa
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XV Settimana della Cultura
Scientifica
Si certifica che l’alunno Fabio Sisi della classe V A
ha partecipato ai lavori del Laboratorio
“Interferometro: l’acchiappaonde gravitazionali”
nell’ambito dell’iniziativa
SCIENZA?... Al Dini !
per n°50 ore su un totale di n°50 ore
Il responsabile
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Alzare il volume del televisore
La sfera celeste e’ stata
studiata per mezzo di
radiazioni elettromagnetiche,
dovute a temperatura, carica,
magnetismo delle stelle:
l’immagine dell’universo
Le onde gravitazionali, di
natura completamente
diversa, sono dovute alla
massa dei corpi celesti.
Possono portare informazioni
totalmente nuove e
sconosciute:
il suono dell’universo
Osservare le onde
gravitazionali puo’ essere
paragonato ad alzare per la
prima volta il volume del
televisore, mentre si assiste
ad un concerto
QuickTime™ e un
decompressore
sono necessari per visualizzare quest'immagine.
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Virgo - l’Edificio Centrale
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ALBERT MICHELSON (1852-1931)
EDWARD MORLEY (1838 -1923)
Albert Michelson (1852-1931) ed Edward Morley (1838-1923) pensarono di effettuare
una doppia misurazione della velocità della luce, con un interferometro (molto simile a
quello in funzione nel nostro laboratorio!), nella direzione del moto terrestre e in
direzione opposta. Lo scopo era quello di confrontare i due risultati e di provare il moto
della Terra attraverso l'etere (un materiale “inventato” molto particolare che doveva
permettere la trasmissione delle onde). Il risultato negativo dell’esperienza spazzò via
“l’etere” e portò a concludere che la velocità della luce non subisce alcuna influenza da
parte del moto terrestre. Una spiegazione consiste nel supporre che la velocità della
luce sia sempre la stessa in tutte le direzioni, indipendentemente dallo stato di moto
dell'osservatore. Michelson ottenne comunque un netto miglioramento nella precisione
della misura di c=(299 796 ± 4) km/s (1927).
Morley
Michelson
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ALBERT EINSTEIN (1879-1955)
Albert Einstein (1879-1955) nel formulare il suo principio di relatività ha assunto
proprio che la velocità della luce sia sempre la stessa in tutte le direzioni,
indipendentemente dallo stato di moto dell'osservatore.
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BIBLIOGRAFIA
Microsoft Encarta Enciclopedia
SISSA Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati
http://ulisse.sissa.it
Liceo "Giacomo Leopardi "- RECANATI
http://www.liceorecanati.it
EGO European Gravitational Observatory
http://www.ego-gw.it
Università del Piemonte Orientale Amedeo Avogadro - Facoltà di Scienze
Matematiche Fisiche e Naturali
http://www.mfn.unipmn.it
Sito del prof. Franco Maria Boschetto
http://www.fmboschetto.it
Wikipedia - Enciclopedia su internet gratuita
http://it.wikipedia.org
Antonio Gandolfi
Gruppo Storia della Fisica dell'AIF
Liceo classico G. D. Romagnosi, Parma
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Interferometro con “scatolotti”
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Misurazione dell’indice di rifrazione di
un gas
• Camera a vuoto in cui possiamo immettere aria a pressione
variabile
• La velocità della luce subirà una variazione v= c/i
• Lo spostamento delle frange sullo schermo ci consente di
ricavare l’indice di rifrazione
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Domus Galileiana
Giocando con la fisica e la matematica
21 Ottobre 2005
Esempio di interferenza
costruttiva tra scuola,
università e ricerca!
M. Giovanna Guarguaglini
Liceo “Ulisse Dini” Pisa
www.liceodini.it
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