Modellino interferometro di Michelson
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Buongiorno a tutti!
Oggi vi propongo la realizzazione di un modellino funzionante del famoso interferometro impiegato da Michelson e Morley per sfatare l'ipotesi dell'etere luminifero il quale, secondo alcune ipotesi, era il mezzo che permetteva la propagazione delle onde luminose tramite un fenomeno detto "vento d'etere".
Dal XIX secolo ad oggi abbiamo fatto passi da gigante eppure il comportamento e la natura delle radiazioni elettromagnetiche risultano tuttora di difficile comprensione in ambito scolastico dato che, nella maggior parte dei casi, vengono trattate da un punto di vista puramente teorico.
Ecco che questo esperimento, tanto affascinante quanto rudimentale, sfuggì alla mia comprensione per diverso tempo e le "figure di interferenza" rimasero solo parole dal piacevole suono sci-fi nel quaderno di fisica delle superiori. Così decisi di accendere i motori, disegnare progetti e fare un salto al brico per provare a realizzare una riproduzione del famoso esperimento che potrebbe essere impiegato durante la divulgazione o l'insegnamento del suddetto argomento.

Il progetto presenta come fonte di radiazione un LASER rosso la cui luce viene ripartita da un cubo dicroico (può anche essere utilizzato uno specchio semiriflettente angolato a 45° rispetto alla fonte luminosa), questa viene poi riflessa da due specchi che la reindirizzano verso il cubo dicroico ottenendo, nel braccio perpendicolare al raggio originale, la sovrapposizione di due onde elettromagnetiche ottenendo il fenomeno dell'interferenza, visibile sotto forma di frange d'ombra nella proiezione.

--> Materiali:
Base in legno.........................................................18x18 cm
Profilo ad L in alluminio...........................................15x15x1 mm
Profilo ad L in alluminio...........................................10x10x1 mm
Barra in alluminio...................................................30x2 mm
Lamiera quadrata in acciaio.....................................15x15x1 mm
Specchi.................................................................15x30 mm
Trasformatore........................................................3.7 V
Asticelle in acciaio x3
Dissipatore in alluminio
Magneti N95 tondi forati x3
Magneti N95 rettangolari x2
Interruttore
Modulo LASER
Cubo dicroico
Lente di ingrandimento
Tessuto vellutato
Ferramenta varia ed eventuale

--> Strumenti:
Trapano a colonna con punte da foratura e fresatura
Dremel con punta in diamante
Sega per metallo
Stagnatore
Tagliavetro

--> Costruzione:
Per iniziare si misura la posizione dei vari componenti sulla tavola di legno avendo cura di posizionarli perpendicolarmente, non sarà necessaria una precisione eccessiva dato che i vari pezzi saranno liberi di ruotare e muoversi pur rimanendo fissi alla base tramite l'impiego di magneti N95 e di inserti in acciaio sui vari componenti mobili.
Una volta individuati i corretti punti si eseguono i vari fori perpendicolari al piano utilizzando il trapano a colonna e successivamente si impiega una punta da fresa (con la dovuta cautela) per incavare il legno fin quando i magneti circolari non si inseriscono comodamente nei vari alloggi il più possibile a filo con la superficie del piano.
Vengono anche eseguiti i fori per l'alloggiamento dell'interruttore, della targa e del cavo proveniente dal trasformatore.
   
Vengono ora realizzati gli specchi e la lente, questi componenti permettono di ridirigere il raggio laser verso il cubo dicroico e di diffondere l'immagine ottenuta dall'interferenza, i primi vengono realizzati applicando uno specchio in vetro su un profilo in alluminio ad L su cui è stato collocata un asticella in acciaio, il secondo viene realizzato chiudendo a sandwich una lente delle dimensioni adeguate tra due profili ad L
                
Si procede realizzando la targa, utilizzando un pizzico di chimica, tramite la rimozione di parte dell'alluminio con una soluzione concentrata di dicloruro di rame leggermente acidificato con acido cloridrico. Questa soluzione attacca rapidamente l'allumino che non viene mascherato rendendolo opaco a seguito della formazione di un gran numero di irregolarità sulla superficie che diffondono la luce incidente, si ottiene così una superficie opaca e dal colore grigio topo ottima per far risaltare un'incisione che, al contrario, apparirà lucida e brillante!
   
Successivamente si installa il sistema elettrico costituito da: un modulo laser incapsulato in un dissipatore in alluminio e il cui interruttore è stato bypassato per comodità, un interruttore e un trasformatore.
Dopo di che è possibile distendere uno strato di velluto, che permette di nascondere i magneti e le varie imperfezioni dovute alla lavorazione, tenuto in posizione da uno strato di colla e un bordino in alluminio ottenuto piegando in tre parti un profilo ad L in alluminio da 10x10mm dopo aver eseguito due tagli triangolari con angolo di 90° per assistere la piega del materiale.
   
Si può ora procedere alla messa appunto del sistema, possibile eseguendo piccoli movimenti dei vari componenti.
   
Dopo vari tentativi sono riuscito ad ottenere la tanto attesa figura di interferenza, che viene proiettata su un muro distante pochi metri, resa più diffusa dalla lente, è così possibile osservare la struttura in frange dell'interferenza
   

Spero che la realizzazione di questo strumento sia stata di vostro interesse!
Saluti, Cu-65
Ci sono soltanto due possibili conclusioni: Se il risultato conferma le ipotesi, allora hai appena fatto una misura. Se il risultato è contrario alle ipotesi, allora hai fatto una scoperta. (Enrico Fermi)
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luigi_67, FLaCaTa100, Geber, EdoB, Claudio
Bravo, hai fatto un ottimo lavoro, sia concettualmente che nella realizzazione pratica, curando dettagli realizzativi che pur non avendo diretto impatto sulla funzionalità, contribuiscono di certo ad impreziosire l'opera e dimostrano la cura con cui essa è stata realizzata.

Sarebbe sicuramente un ottimo esercizio da inserire nei corsi di fisica superiori e universitari: tra formule e numeri anche un po' di pratica male non farebbe.

Per chi vuole approfondire l'argomento, la nota enciclopedia online, specialmente nella versione inglese, è molto esaustiva. 

Giusto per curiosità riporto la foto dell'apparato realizzato da Albert Michelson e Edward Morley nel 1887 con il quale si voleva dimostrare l'esistenza dell' "etere luminifero", mezzo attraverso il quale si credeva la luce potesse propagarsi. 
L'apparato era composto da una serie di specchi che consentivano di sviluppare circa 11 metri di percorso luminoso in direzioni perpendicolari tra loro. Per eliminare al massimo le vibrazioni che avrebbero potuto interferire nelle misure, il tutto era installato in una cantina e montato su un blocco di pietra di 1,5 metri di lato e spesso 30 cm, galleggiante su mercurio (immagino la difficoltà per reperire tutto il mercurio necessario all'esperimento...  *Fischietta*  )

   

Questo apparato era "figlio" di un precedente apparato analogo ma molto più semplice realizzato da Michelson qualche anno prima, nel 1881.

Con questo esperimento e con valutazioni successive, i due scienziati non trovarono evidenze dell'esistenza di questo fantomatico "fluido" ma gettarono le basi per gli studi che qualche decennio dopo portarono alle teorie quantistiche sviluppate da Albert Einstein.

Un saluto
Luigi
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Geber
Concordo in toto. In fisica come in altre discipline tecnico-scientifiche sarebbe davvero interessante oltre che formativo/educativo fare anche questo genere di esperienze pratiche. Purtroppo si fa davvero poco, per tempo, soldi, poca voglia, etc... Peccato.
La chimica è una cosa che serve a tutto. Serve a coltivarsi, serve a crescere, serve a inserirsi in qualche modo nelle cose concrete.
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