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InterferometroInterferometro

M. Giovanna GuarguagliniLiceo “Ulisse Dini” Pisa

www.liceodini.it

M. Giovanna GuarguagliniLiceo “Ulisse Dini” Pisa

www.liceodini.it

Domus Galileiana Giocando con la fisica e la matematica

21 Ottobre 2005

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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 interferenzaλ

A

+ onda in fase

=

Interferenza costruttiva(Onda con ampiezza doppia)

+ onda sfasata di λ/2

=

Interferenza distruttiva

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Lente divergente

Specchio perpendicolare

Specchio obliquo

laser

Schema della struttura dell’interferometro

Specchio semitrasparente a 45°

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Procedura per la costruzione di un interferometro laser da 100€

• 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 IL PROGETTO “VIRGO”“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 LorenzoBiondi BiancaBiver ChiaraKoci InaMalfatti FrancescoMengali AlbertoMintchev StefanoPanettieri EnricoSisi FabioSoscia Gian-LucaVallini Livia

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Misurazione dell’indice di rifrazione Misurazione dell’indice di rifrazione di un gasdi 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

13Il sito di Virgo a Cascina - Pisa

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XV Settimana della Cultura XV Settimana della Cultura

ScientificaScientifica

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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QuickTime™ e undecompressore

sono necessari per visualizzare quest'immagine.

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

Alzare il volume del televisore

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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 EnciclopediaSISSA Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzatihttp://ulisse.sissa.itLiceo "Giacomo Leopardi "- RECANATIhttp://www.liceorecanati.itEGO European Gravitational Observatoryhttp://www.ego-gw.itUniversità del Piemonte Orientale Amedeo Avogadro - Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche e Naturalihttp://www.mfn.unipmn.itSito del prof. Franco Maria Boschettohttp://www.fmboschetto.itWikipedia - Enciclopedia su internet gratuitahttp://it.wikipedia.orgAntonio GandolfiGruppo Storia della Fisica dell'AIFLiceo classico G. D. Romagnosi, Parma

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Interferometro con “scatolotti”

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Misurazione dell’indice di rifrazione Misurazione dell’indice di rifrazione di un gasdi 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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Esempio di interferenza costruttiva tra scuola, università e ricerca!

Esempio di interferenza costruttiva tra scuola, università e ricerca!

M. Giovanna GuarguagliniLiceo “Ulisse Dini” Pisa

www.liceodini.it

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21 Ottobre 2005