Principio di relatività generale - Chimica-online
I due principi su cui si basa la teoria della relatività generale di Einstein sono il principio di equivalenza e il principio di relatività generale e ...
velocità della luce
Inoltre con il principio di relatività generale si supera anche l'assioma della costanza della <anchor>velocità della luce</anchor>, infatti in un sistema di riferimento inerziale la luce si propaga in linea retta invece in un sistema di riferimento non inerziale e quindi soggetto ad accelerazione lo stesso raggio di luce risulterà curvato.
Velocità della luce
Velocità della luce

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# Velocità della luce

## Quanto vale la velocità della luce?

In questa lezione vedremo quanto vale la velocità della luce sia nel vuoto che in un mezzo materiale trasparente e vedremo perché la velocità della luce rappresenta la massima velocità raggiungibile in natura.


### Velocità della luce in m/s

La **velocità della luce nel vuoto** (che per convenzione viene indicata con la lettera c) è un dato noto da tempo; essa si propaga in linea retta, si muove di moto rettilineo uniforme, e assume il valore costante di **299.792.458 m/s**, che per semplicità approssimeremo con 300.000.000 m/s ovvero **3 · 108 m/s**; tale valore corrisponde a **3 · 105 km/s**.

### Velocità della luce in km/h

Volendo esprimere la velocità della luce nel vuoto in km/h si ha che:

**velocità della luce = 1.079.252.849 km/h**

ovvero:

**velocità della luce = 1,079 · 109 km/h**

Tale dato è facilmente ricavabile ricordando la relazione che intercorre tra i m/s e i km/h (si veda: da [km/h a m/s](da-kmh-a-ms.htm)) che è:

1 m/s = 3,6 km/h

Pertanto, conoscendo la velocità della luce in m/s (299.792.458 m/s) per convertirla in km/h è sufficiente moltiplicare per 3,6 il valore numerico dei m/s. Risulta pertanto che:

299.792.458 · 3,6 = 1.079.252.849 km/h

Viene confermato quindi che la velocità della luce espressa in chilometro orari è pari a 1.079.252.849 km/h.

### Velocità della luce in un mezzo materiale trasparente

Oltre che nel vuoto la luce si può propagare in un mezzo trasparente quale ad esempio [aria](../download/che-cosa-e-l-aria.htm), vetro, [diamante](../download/diamante.htm), acqua, ecc.

Nel vuoto la velocità della luce raggiunge il suo massimo valore possibile che, come detto in precedenza, è di 3 · 108 m/s; ciò implica che in un mezzo materiale trasparente la velocità della luce è sempre inferiore a tale valore.

Ma come è possibile determinare la velocità della luce in uno di questi materiali?

È sufficiente conoscere il valore dell' [indice di rifrazione](../download/indice-di-rifrazione.htm) della sostanza e dividere c per il valore dell'indice di rifrazione (n), ovvero:

![Velocità della luce in un mezzo materiale trasparente](../download/immagini_download/velocita-della-luce-in-un-mezzo.png)

Così ad esempio, sapendo che l' [indice di rifrazione dell'acqua](../download/indice-di-rifrazione-acqua.htm) è n = 1,33, risulta che la [velocità della luce nell'acqua](velocita-della-luce-nell-acqua.htm) corrisponde a:

v = 3 · 108 / 1,33 = 2,26 · 108 m/s

### Velocità della luce e moto rettilineo uniforme

Come detto, la luce si propaga di moto rettilineo uniforme; ciò significa che la luce percorre spazi uguali in tempi uguali. Lo spazio percorso in un moto rettilineo uniforme è calcolabile applicando la seguente formula:

![Spazio percorso dalla luce](../download/immagini_download/spazio-percorso-dalla-luce.png)

Dalla quale è possibile ricavare anche la formula per il calcolo del tempo impiegato dalla luce a percorrere un determinato spazio:

![Tempo impiegato dalla luce](../download/immagini_download/tempo-impiegato-dalla-luce.png)

#### Esercizio \#1 sulla velocità della luce

Quanto tempo impiega la luce a percorrere la distanza Terra-Luna? Si sappia che tale distanza corrisponde a circa 385.000 km.

Svolgimento

La luce si propaga di [moto rettilineo uniforme](moto-rettilineo-uniforme.htm). Lo spazio percorso in un moto rettilineo uniforme è calcolabile applicando la seguente formula:

![Spazio percorso dalla luce](../download/immagini_download/spazio-percorso-dalla-luce.png)

da cui risulta che il tempo impiegato a percorrere un determinato spazio è:

![Tempo impiegato dalla luce](../download/immagini_download/tempo-impiegato-dalla-luce.png)

Convertiamo la distanza Terra-Luna in metri:

385.000 km = 385.000.000 m

Sostituendo in modo opportuno i dati a nostra disposizione, si ha che:

t = 385.000.000 / (3 · 108 m/s) = 1,28 s

Pertanto il tempo impiegato dalla luce a percorrere la [distanza Terra -Luna](velocita-della-luce.htm) è pari a 1,28 s ( [secondi](../download/secondo.htm)).

Esercizio #2 sulla velocità della luce

Un' [onda elettromagnetica](../download/onde_elettromagnetiche.htm) si propaga nel vuoto. Quanto spazio percorre nel tempo di 10 minuti?

Lo svolgimento dell'esercizio lo trovi qui: [esercizio sulla velocità della luce](../test-fisica/svolgimento/esercizio-sulla-velocita-della-luce.htm).

### La velocità della luce rappresenta la massima velocità raggiungibile in natura

Consideriamo ora il caso di un treno che viaggia ad una certa velocità costante, che chiamiamo Vtreno rispetto al suolo, e una palla che viene lanciata e si muove all'interno del treno lungo la stessa direzione di marcia.

Chiameremo la velocità della palla Vpalla.

Un osservatore posto a terra che vede passare davanti a se il treno vedrà la palla muoversi ad una velocità che è la somma della velocità della palla rispetto al treno più la somma della velocità del treno rispetto alla Terra.

![velocità della luce nel vuoto e moti relativi](immagini/velocita-della-luce-e-moti-relativi.jpg)

Cosa succede se consideriamo adesso un fascio di luce emesso sul treno in corsa?

Ci aspettiamo che, come nel caso della palla, l'osservatore a terra veda viaggiare il fascio di luce ad una velocità che è pari alla somma della velocità della luce c più quella del treno. Ed invece non è così!

![velocità della luce](immagini/velocita-della-luce.jpg)

Gli esperimenti infatti mostrano che **la velocità della luce** all'interno del treno, anche se visti da un osservatore posto su un sistema di riferimento fisso, **è sempre la stessa** e vale c; la velocità della luce è dunque sempre pari a c qualsiasi sia la velocità del dispositivo che la emette.

Inoltre **la velocità della luce rappresenta la massima velocità raggiungibile in natura**: nessun corpo può arrivare a viaggiare al valore di tale velocità, ma si ci può avvicinare sempre più intendendo c come limite; cioè si ci può avvicinare sempre più alla velocità della luce senza però mai raggiungerla.

Questi risultati sono stati teorizzati all'inizio del novecento dal grande fisico Albert Einstein nella sua **teoria della relatività**.

Le conclusioni a cui arrivò Einstein furono talmente sconcertanti che molti accademici del tempo rimasero molto scettici a lungo sulle discussioni portate avanti dall'illustre genio.

Le [leggi di Newton](leggi-di-newton.htm) e Galileo sono valide ed applicabili solo quando le velocità sono molto inferiori a quelle della luce, come nel nostro mondo ordinario.

Se invece le velocità diventano dell'ordine di c allora bisogna introdurre dei fattori correttivi che portano a introdurre concetti di tempo relativi, masse e lunghezze relativistiche. Ovvero tempo, lunghezza e massa sono [grandezze fisiche](../download/grandezze-fisiche.htm) non più assolute ma mutabili a seconda della velocità a cui si procede.

Prova tu

Determinare lo spazio percorso in un [minuto](../download/minuto.htm) da un'onda elettromagnetica che si propaga nel vuoto.

La soluzione dell'esercizio la trovi qui: [formula della velocità della luce](../test/formula-velocita-della-luce.htm).

Esercizi sulle onde elettromagnetiche

Se ti interessano li trovi qui: [esercizi sulle onde elettromagnetiche](../test/esercizi-onde-elettromagnetiche.htm).

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