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Name Event Date Name Event Date 1 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein1 La Relatività di Einstein Passeggiata nel mondo dei fisici Che cos’ è la.

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1 Name Event Date Name Event Date 1 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein1 La Relatività di Einstein Passeggiata nel mondo dei fisici Che cos’ è la Relatività? Spazio, Tempo, Piramidi e Igloo… à à Vedi anche Biografie, eventi, curiosità Biografie, eventi, curiosità

2 Name Event Date Name Event Date 2 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein2 La pensate come Aristotele? I corpi sub-lunari, terra fuoco aria e acqua, sono imperfetti e corruttibili. I corpi celesti sono perfetti ed eterni (quintessenza) I corpi sub-lunari, terra fuoco aria e acqua, sono imperfetti e corruttibili. I corpi celesti sono perfetti ed eterni (quintessenza) I corpi sub-lunari tendono a salvo se una forza non li metta in “moto violento”. I corpi celesti moto perfettamente circolare I corpi sub-lunari tendono a rimanere fermi, salvo se una forza non li metta in “moto violento”. I corpi celesti hanno un eterno moto perfettamente circolare I corpi pesanti tendono a tornare al loro luogo di origine cio al centro della Terra. I corpi pesanti tendono a tornare al loro luogo di origine cioè al centro della Terra. Una pietra cade più in fretta di una piuma e, se mi cade mentre cammino, arriva sulla verticale del punto in cui l’avevo lasciata Una pietra cade più in fretta di una piuma e, se mi cade mentre cammino, arriva sulla verticale del punto in cui l’avevo lasciata La Natura ha “orrore del vuoto” La Natura ha “orrore del vuoto”

3 Name Event Date Name Event Date 3 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein3 In realt oggi sappiamo che tutte queste affermazioni non sono vere, ma spesso continuiamo a ragionare come Aristotele... In realtà oggi sappiamo che tutte queste affermazioni non sono vere, ma spesso continuiamo a ragionare come Aristotele... Una valigia vi cade mentre correte: arriva ai vostri piedi, oppure in avanti o indietro? Una valigia vi cade mentre correte: arriva ai vostri piedi, oppure in avanti o indietro? Una pietra e una piuma, lasciate cadere nel vuoto, toccano terra insieme? Una pietra e una piuma, lasciate cadere nel vuoto, toccano terra insieme? In assenza di attrito, un pattinatore continua a muoversi con la stessa velocit senza alcuna forza che lo spinga? In assenza di attrito, un pattinatore continua a muoversi con la stessa velocità senza alcuna forza che lo spinga? Galileo Galilei ha rivoluzionato la fisica quando ha intuito il principio d’inerzia, l’importanza dell’attrito e dell’aria Galileo Galilei ha rivoluzionato la fisica quando ha intuito il principio d’inerzia, l’importanza dell’attrito e dell’aria

4 Name Event Date Name Event Date 4 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein4 Apollo 15: l’esperimento di Galileo ripetuto sulla Luna Il 30 Luglio 1971, David Scott ripete sulla Luna l’esperimento di Galileo sulla caduta dei gravi. Un martello e una piuma (di falcone) arrivano insieme al suolo: falcone “Galileo was correct in his findings”!

5 Name Event Date Name Event Date 5 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein5 La rivoluzione Galileiana Galileo ha usato il suo telescopio per guardare la Luna e i pianeti e si accorto che i corpi celesti sono imperfetti: la Luna ha i crateri e Giove ha una grande macchia Galileo ha usato il suo telescopio per guardare la Luna e i pianeti e si è accorto che i corpi celesti sono imperfetti: la Luna ha i crateri e Giove ha una grande macchia Quindi i corpi celesti sono fatti della stessa materia dei corpi terrestri! Quindi i corpi celesti sono fatti della stessa materia dei corpi terrestri! Venere ha le fasi come la Luna e Giove ha i satelliti, come un piccolo sistema solare Venere ha le fasi come la Luna e Giove ha i satelliti, come un piccolo sistema solare I satelliti girano intorno a Giove, quindi perch i pianeti e la Terra non possono girare intorno al Sole? I satelliti girano intorno a Giove, quindi perché i pianeti e la Terra non possono girare intorno al Sole? Ma allora perch non ce ne accorgiamo? Ma allora perché non ce ne accorgiamo?

6 Name Event Date Name Event Date 6 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein6 La risposta di Galileo che se la Terra si muove con velocit costante in linea retta nello spazio non esiste alcun modo per accorgersene Principio di Relativit La risposta di Galileo è che se la Terra si muove con velocità costante in linea retta nello spazio non esiste alcun modo per accorgersene Principio di Relatività L’orbita che la Terra percorre intorno al Sole, a una velocita di circa 30 km/sec, un raggio di circa 150 milioni di km: il risultato e’ praticamente lo stesso L’orbita che la Terra percorre intorno al Sole, a una velocita di circa 30 km/sec, ha un raggio di circa 150 milioni di km: il risultato e’ praticamente lo stesso Galileo stato costretto ad abbandonare la fisica di Aristotele per spiegare le sue osservazioni col telescopio e i suoi esperimenti guai con la Chiesa Galileo è stato costretto ad abbandonare la fisica di Aristotele per spiegare le sue osservazioni col telescopio e i suoi esperimenti guai con la Chiesa Il suo allievo Torricelli ha studiato gli effetti dell’aria (pressione atmosferica) che sono all’origine dei motori termici Il suo allievo Torricelli ha studiato gli effetti dell’aria (pressione atmosferica) che sono all’origine dei motori termici

7 Name Event Date Name Event Date 7 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein7 Newton: tempo assoluto 1. In assenza di forze esterne, un corpo rimane nel suo stato di quiete o di moto uniforme: legge di inerzia (pigrizia) 2. Una forza F applicata a un corpo di massa m ne provoca un’accelerazione a tale che F = m a (causa-effetto) 3. A ogni azione corrisponde una reazione istantanea uguale e contraria (vendetta) In un sistema isolato la somma degli impulsi p=m v si conserva: le masse m sono costanti, le velocit v sono relative al sistema inerziale In un sistema isolato la somma degli impulsi p=m v si conserva: le masse m sono costanti, le velocità v sono relative al sistema inerziale

8 Name Event Date Name Event Date 8 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein8 Giove, Io e la sua ombra, Cassini Project, NASA Cassini Imaging Team, Cassini Project, NASACassini ProjectNASACassini ProjectNASA Galileo aveva suggerito di usare la rotazione dei satelliti di Giove come un “orologio” molto preciso per calcolare la longitudine delle navi. Il periodo del satellite Io è di circa 42 h. Estrapolando di sei mesi la previsione delle sue eclissi, quando la Terra si trova prima vicino e poi lontano da Giove, nel 1675 Olaf Römer osserva un ritardo di circa 1000 sec che attribuisce al tempo impiegato dalla luce per percorrere il diametro dell’orbita terrestre: prima misura della velocità della luce c~300 milioni km/1000 sec

9 Name Event Date Name Event Date 9 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein9 Gli ingredienti della luce Una particella carica crea un campo elettrico nello spazio circostante Una particella carica crea un campo elettrico nello spazio circostante Una calamita o un anello percorso da corrente creano un campo magnetico Una calamita o un anello percorso da corrente creano un campo magnetico

10 Name Event Date Name Event Date 10 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein10 Maxwell, la Luce e l'Etere Secondo le equazioni di Maxwell una carica elettrica accelerata o un’antenna creano una perturbazione che si propaga nello spazio con la velocità della luce La luce è un’onda che deve muoversi: un campo elettrico variabile genera un campo magnetico e un campo magnetico variabile genera un campo elettrico Le onde luminose hanno bisogno di un mezzo elastico per propagarsi: dunque l’Etere riempie tutto lo spazio!

11 Name Event Date Name Event Date 11 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein11 L’aberrazione della luce Come la pioggia, che cade obliquamente vista da un treno in corsa, l’aberrazione della luce stellare dipende dalla velocit orbitale della Terra. La deviazione angolare della luce vale circa v/c ~ 30/ Come la pioggia, che cade obliquamente vista da un treno in corsa, l’aberrazione della luce stellare dipende dalla velocità orbitale della Terra. La deviazione angolare della luce vale circa v/c ~ 30/ Se esiste un Etere in cui la luce si propaga, la Terra non lo trascina con s nel suo moto intorno al Sole. Dunque si deve poter misurare un “vento d’Etere” Se esiste un Etere in cui la luce si propaga, la Terra non lo trascina con sé nel suo moto intorno al Sole. Dunque si deve poter misurare un “vento d’Etere” Nel 1725 l’astronomo dilettante James Bradley osserva una deviazione angolare di 20’’ che si inverte ogni sei mesi per tutte le stelle

12 Name Event Date Name Event Date 12 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein12 Niente “vento d’Etere”! Tutti i tentativi sperimentali per mettere in evidenza un “vento d’Etere” falliscono. Tutti i tentativi sperimentali per mettere in evidenza un “vento d’Etere” falliscono. Fizeau misura un rallentamento della luce in un fluido v=c/n, dove n l’indice di rifrazione, e un effetto di trascinamento della luce in un fluido in movimento. Ma l’effetto si annulla quando la velocit della luce nel fluido si avvicina a c Fizeau misura un rallentamento della luce in un fluido v=c/n, dove n è l’indice di rifrazione, e un effetto di trascinamento della luce in un fluido in movimento. Ma l’effetto si annulla quando la velocità della luce nel fluido si avvicina a c Michelson e Moreley misurano la differenza dei tempi necessari alla luce per percorrere la stessa distanza in direzione parallela e perpendicolare al moto orbitale della Terra: il risultato nullo! Michelson e Moreley misurano la differenza dei tempi necessari alla luce per percorrere la stessa distanza in direzione parallela e perpendicolare al moto orbitale della Terra: il risultato è nullo!

13 Name Event Date Name Event Date 13 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein13 L’esperimento di Michelson e Moreley (1887) Per misurare la velocit di un fiume, due barche partono da B e percorrono la stessa distanza verso A e verso C. Quale barca torna per prima a B? Per misurare la velocit à di un fiume, due barche partono da B e percorrono la stessa distanza verso A e verso C. Quale barca torna per prima a B? Per misurare la velocit del “vento d’Etere” Michelson e Moreley usarono un interferometro Per misurare la velocit à del “vento d’Etere” Michelson e Moreley usarono un interferometro

14 Name Event Date Name Event Date 14 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein14 La contrazione di Lorentz Vista l’impossibilità di rivelare il “vento d’Etere”, FitzGerald e poi Lorentz suggeriscono che la lunghezza di un corpo in moto si riduca in modo da annullare la differenza dei tempi nell’esperimento di Michelson e Morely Le dimensioni del corpo perpendicolari alla direzione del moto restano le stesse

15 Name Event Date Name Event Date 15 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein15 La rivoluzione Einsteiniana e il Principio di Relatività Tutti i fenomeni fisici sono descritti dalle stesse leggi per qualunque osservatore in moto rettilineo uniforme Tutti i fenomeni fisici sono descritti dalle stesse leggi per qualunque osservatore in moto rettilineo uniforme In particolare, la velocit della luce nel vuoto la stessa per qualunque osservatore in moto rettilineo uniforme In particolare, la velocità della luce nel vuoto è la stessa per qualunque osservatore in moto rettilineo uniforme

16 Name Event Date Name Event Date 16 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein16 Strane conseguenze… La velocit della luce proiettata dai fari di una macchina c, anche per un conducente che guidi in senso opposto La velocità della luce proiettata dai fari di una macchina è c, anche per un conducente che guidi in senso opposto Il tempo rallenta se si viaggia molto velocemente e si “congela” per velocit prossime a quella della luce Il tempo rallenta se si viaggia molto velocemente e si “congela” per velocità prossime a quella della luce Le lunghezze si contraggono come suggerito da Lorentz-FitzGerald Le lunghezze si contraggono come suggerito da Lorentz-FitzGerald La massa aumenta ed proporzionale all’energia di un corpo in movimento La massa aumenta ed è proporzionale all’energia di un corpo in movimento

17 Name Event Date Name Event Date 17 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein17 Albert Einstein Breve clip di Einstein che parla dell’Universit di Gerusalemme dell’Università di Gerusalemme Albert Einstein Archives

18 Name Event Date Name Event Date 18 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein18 Flotta di astronavi Quando la flotta è ferma, il segnale radio arriva simultaneamente a B e C Una flotta di 3 astronavi manovra: l’ammiraglia A ordina via radio alle altre due astronavi di accendere i motori e resta al centro del convoglio Quando la flotta in moto, Quando la flotta è in moto, B riceve il segnale prima di C e “accorcia le distanze”

19 Name Event Date Name Event Date 19 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein19 Orologi a luce le animazioni richiedono QuickTime QuickTime Possiamo misurare il tempo con orologi a cucù, al quarzo, oppure … a luce (http://www.anu.edu.au/Physics/qt/) Possiamo misurare il tempo con orologi a cucù, al quarzo, oppure … a luce (http://www.anu.edu.au/Physics/qt/)a lucehttp://www.anu.edu.au/Physics/qt/a luce Un raggio di luce rimbalza fra due specchi e il numero dei “tic” misura il tempo che passa Un raggio di luce rimbalza fra due specchi e il numero dei “tic” misura il tempo che passa Ma che succede al nostro orologio a luce quando viaggiamo? Ma che succede al nostro orologio a luce quando viaggiamo?viaggiamo? E se lo confrontiamo con l’orologio a luce di un nostro amico rimasto a casa? E se lo confrontiamo con l’orologio a luce di un nostro amico rimasto a casa?confrontiamo

20 Name Event Date Name Event Date 20 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein20 La dilatazione dei tempi La velocit della luce c la stessa in tutti gli orologi a luce La velocità della luce c è la stessa in tutti gli orologi a luce Quindi un orologio in moto rallenta Quindi un orologio in moto rallenta Ma di quanto? teorema di Pitagora Ma di quanto? teorema di Pitagora cT o = L c 2 T 2 = v 2 T 2 + L 2 cTL vT T = T o / √ (1-v 2 /c 2 )

21 Name Event Date Name Event Date 21 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein21 Stiamo tutti viaggiando alla velocit della luce! Stiamo tutti viaggiando alla velocità della luce! spazio tempo proprio (et à ) Relativity Visualized Lewis Carroll Epstein Contrazione di Lorentz

22 Name Event Date Name Event Date 22 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein22 Il paradosso dei gemelli spazio tempo proprio (et à ) Victor Hugo invecchiato gemello gemello ancora giovane (-20 anni) viaggia per 20 anni ritorna dopo altri 20 anni

23 Name Event Date Name Event Date 23 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein23 Vita media dei muoni: dilatazione relativistica Muoni veloci prodotti in alta atmosfera dai raggi cosmici A riposo la metà dei muoni “muore” dopo 1.56  s Alla velocità della luce potrebbero percorrere al massimo ~ 650 m Eppure percorrono ~ 10 km e arrivano al suolo. Perché? 1. La dilatazione relativistica dei tempi li fa vivere di pi 1. La dilatazione relativistica dei tempi li fa vivere di più 2. Nel loro sistema di riposo, l’atmosfera contratta dello stesso fattore di Lorentz 2. Nel loro sistema di riposo, l’atmosfera è contratta dello stesso fattore di Lorentz

24 Name Event Date Name Event Date 24 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein24 Visualizzare la Relativit Visualizzare la Relativit à A sinistra vediamo un tram da fermo A sinistra vediamo un tram da fermo Se lo stesso tram ci passa davanti quasi alla velocit della luce ci appare … ruotato! (Terrel, 1959) Se lo stesso tram ci passa davanti quasi alla velocità della luce ci appare … ruotato! (Terrel, 1959)

25 Name Event Date Name Event Date 25 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein25 Ora proviamo a passare attraverso il tram con una velocit vicina a quella della luce… Ora proviamo a passare attraverso il tram con una velocità vicina a quella della luce… E come vedremo Saturno sfrecciando con una astronave relativistica? E come vedremo Saturno sfrecciando con una astronave relativistica?

26 Name Event Date Name Event Date 26 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein26 Luce Cherenkov Nel 1934, Pavel Cherenkov si accorse di una debole luce azzurrina provocata dalla radioattività nei liquidi: si trattava delle prime sorgenti di elettroni relativistici disponibili in laboratorio. La luce Cherenkov La luce Cherenkov è usata attualmente in La luce Cherenkov molti rivelatori di particelle elementari, originate nell'atmosfera dai raggi cosmici o in laboratorio negli acceleratori.

27 Name Event Date Name Event Date 27 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein27 Collisioni fra particelle Due fasci di particelle elementari vengono accelerati a velocità prossime a quelle della luce Le collisioni frontali (fra nuclei di oro e deuterio nella figura) creano nuove particelle Le condizioni di altissima densità di energia sono simili a quelle pochi istanti dopo il big-bang

28 Name Event Date Name Event Date 28 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein28 Magneti criogenici per LHC 1200 magneti dipolari guidano i protoni nel tunnel di LHC. Si tratta di magneti super-conduttori lunghi 14 m e raffreddati a –270 gradi

29 Name Event Date Name Event Date 29 CERN F. Ruggiero à La Relatività di Einstein29 IL CERN, un laboratorio mondiale Fondato a Ginevra nel 1954 per lo studio delle particelle elementari. Oggi 80 paesi e 6500 scienziati collaborano al CERN Fondato a Ginevra nel 1954 per lo studio delle particelle elementari. Oggi 80 paesi e 6500 scienziati collaborano al CERNCERN 1983: Scoperta delle particelle W e Z “luce pesante” (premio Nobel nel 1984 a Carlo Rubbia e Simon Van der Meer) 1983: Scoperta delle particelle W e Z “luce pesante” (premio Nobel nel 1984 a Carlo Rubbia e Simon Van der Meer) 1993: invenzione del World Wide Web (Tim Berners-Lee) per lo scambio di informazioni scientifiche. Il futuro GRID 1993: invenzione del World Wide Web (Tim Berners-Lee) per lo scambio di informazioni scientifiche. Il futuro è GRIDWorld Wide WebWorld Wide Web 2005: anno mondiale della fisica (100 anni di Relativit) 2005: anno mondiale della fisica (100 anni di Relatività) 2007: il Large Hadron Collider (LHC) 2007: il Large Hadron Collider (LHC)


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