LA MISURA DELLA VELOCITÀ DELLA LUCE

GALILEO. Il primo tentativo scientifico per misurare la velocità della luce fu compiuto da Galileo agli inizi del 1600 che per il esperimento utilizzò due lanterne. Quando Galileo scoprì la sua lanterna, un suo assistente, posto a grande distanza, doveva scoprire la seconda lanterna non appena avesse osservato la luce proveniente dalla lanterna di Galileo. Questi provò  a misurare il tempo che passava prima di vedere la luce della lanterna del suo assistente. Non riuscendo a misurare alcun intervallo di tempo, tenendo conto anche i normali tempi di reazione umani, Galileo concluse che la velocità della luce, se finita, doveva essere davvero molto grande.
ROMER. Nel 1676 Rømer stava misurando i tempi di occultazione della luna Io di Giove da parte del pianeta quando osservò che queste eclissi duravano meno quando la Terra era più vicina a Giove e duravano di più quando la Terra era più lontana da Giove. La differenza dei tempi di occultamento era circa 16 min e Rømer attribuì questa differenza al tempo necessario perché la luce viaggi da un estremo all'altro dell'orbita terrestre. Noto il valore del diametro medio dell'orbita terrestre Rømer ottenne per la velocità della luce un valore pari a 225000 km/s che è un pò lontana dal valore oggi noto ma che comunque stabilisce l'importante scoperta che la velocità della luce è finita.
FIZEAU. Nel 1849 Fizeau effettuò la prima misura della velocità della luce sulla Terra. I componenti principali del suo esperimento sono uno specchio e una ruota dentata rotante. La luce passa attraverso una cava della ruota dentata rotante, si dirige verso uno specchio posto a grande distanza, dove viene riflessa,  e ripassa nella ruota dentata rotante. Se la velocità angolare della ruota dentata è regolata in modo appropriato in modo che la luce, quando riflessa, incontra il successivo dente, non viene osservata. Se i denti ( o le cave) sono n  e T è il periodo di rotazione allora il tempo perché nella stessa direzione ci sia un dente è: $$t=\frac{T}{2n}$$(ci sono n denti e n cave).
In questo tempo la luce ha percorso uno spazio 2d, da cui la sua velocità:
$$c=\frac{2d}{t}=\frac{2d}{T/2n}=\frac{4nd}{T}$$ Fizeau riuscì ad ottenere per la velocità della luce un valore di 31300 km/s.
FOUCAULT. Nel 1862  Foucault effettuò la prima misura della velocità della luce dentro un laboratorio. L’esperimento utilizzava uno specchio rotante invece della ruota dentata. La luce si riflette nello specchio rotante R, percorre la distanza h tra i due specchi, si riflette sullo specchio fisso, percorre nuovamente la distanza h e si riflette nuovamente sullo specchio rotante per poi poter essere osservata da un rilevatore posto a distanza h. Se lo specchio ruota, in un tempo t, un angolo θ allora il raggio luminoso (legge della riflessione) ruota di un angolo 2θ. La velocità della luce è data da: $$c=\frac{2h}{t}$$ Nota la velocità angolare dello specchio ω: $$t= \frac{θ}$$
Da cui: $$c=\frac{2h}{t}=\frac{2h}{θ/ω}=\frac{2hω}{θ}$$ Con questo metodo Foucault trovò per la velocità della luce un valore di 298000 km/s.
MICHELSON. Una misura sufficientemente accurata della velocità della luce fu ottenuta nel 1920 da Michelson perfezionando il metodo dello specchio rotante. Se la velocità angolare dello specchio rotante a otto lati di figura ha il valore corretto, la luce riflessa da un lato viaggia verso lo specchio fisso, si riflette su di esso e poi si riflette su un altro lato dello specchio rotante che la invia al rilevatore. La minima velocità angolare deve essere tale che un lato dello specchio ruoti per un ottavo di giro nel tempo che la luce impiega a percorrere il cammino fra gli specchi. La velocità della luce è data da: $$c=\frac{2d}{$$ma:$$t=\frac{θ}{ω}$$
da cui $c= \frac{8dω}{π}$  con θ= 1/8 di angolo giro. Nel 1926,  durante uno dei suoi esperimenti, Michelson mise lo specchio fisso ad una distanza di 35 km dallo specchio rotante e ottenne il valore c= (299796±4) km/s