Velocità della luce nel vuoto e in un mezzo
La velocità della luce nel vuoto (simbolo c0) è una costante fisica ed è pari a 299 792 458 m/s, che corrispondono a 1 079 252 848,8 km/h e approssimabili a 300 000 km/s. Tale valore rappresenta il limite superiore delle velocità nonché il massimo raggiungibile dalla luce.
Indice
- Velocità della luce in m/s
- Velocità della luce in km/h
- Velocità della luce come massima velocità raggiungibile
- Velocità della luce in un mezzo
- Formula della velocità della luce
- Utilizzi nel Sistema Internazionale
- Approfondimenti
Velocità della luce in m/s
Quando si parla di velocità della luce si fa sempre riferimento al vuoto, e in tal caso il valore considerato esatto è di 299 792 458 metri al secondo:
Negli esercizi e nelle applicazioni spesso tale valore viene approssimato a 300 000 000 m/s, che in notazione scientifica corrisponde a 3·108 m/s.
Ciò significa che la luce, nel vuoto, in 1 solo secondo percorre un tragitto di circa 300 milioni di metri.
Per avere un'idea concreta prendiamo come riferimento la circonferenza della Terra, che è lunga circa 40 000 chilometri. Poiché la luce percorre 300 000 chilometri in un secondo, se potessimo viaggiare alla velocità della luce percorreremmo ben 7 giri completi della Terra in un solo secondo.
Velocità della luce in km/h
Per esprimere il valore della velocità della luce in km/h è sufficiente passare da m/s a km/h moltiplicando il valore esatto per 3,6.
Svolgiamo il calcolo
Dunque la velocità della luce in km/h è pari a 1 079 252 848,8 km/h.
Velocità della luce come massima velocità raggiungibile
La velocità della luce nel vuoto è l'estremo superiore delle velocità, ossia è la velocità massima a cui può viaggiare qualsiasi informazione nell'Universo, indipendentemente dalla scelta del sistema di riferimento.
Nell'esperienza diretta siamo abituati a sommare le velocità secondo la teoria dei moti relativi. Ad esempio se un treno si muove lungo una certa direzione a una velocità di 80 km/h rispetto al terreno, e nel corridoio del treno si fa rotolare una palla alla velocità di 5 km/h nella stessa direzione e nello stesso verso, allora la velocità della palla rispetto al terreno sarà di
Se invece supponiamo di essere su una navicella spaziale che si muove verso la Terra alla velocità di 200 m/s, e se dalla navicella accendiamo una torcia che punta verso il nostro pianeta, la velocità del raggio di luce della torcia (trascurando ogni tipo di resistenza del mezzo) sarà ancora di 299 792 458 m/s e non di (299 792 458 + 200) m/s.
Per quanto possa sembrare strano, questo fatto viene ampiamente spiegato nella teoria della Relatività Ristretta.
Alcuni fenomeni ci fanno capire quanto la luce sia più veloce di ogni altra cosa, compreso il suono. Una delle dimostrazioni più familiari è data dai fulmini: li vediamo nel momento in cui si sviluppano, ma ne sentiamo il tuono solo qualche secondo dopo. Ciò è dovuto al fatto che la velocità del suono è di molto inferiore alla velocità della luce.
Velocità della luce in un mezzo
Come già anticipato, la velocità della luce è definita come costante fisica facendo riferimento al vuoto. Quel che si osserva sperimentalmente è che considerando un mezzo di propagazione diverso dal vuoto, la velocità della luce cambia e in particolare diminuisce.
Per calcolare il valore della velocità della luce in un mezzo si ricorre alla seguente formula:
dove 
indica la velocità della luce nel mezzo, 
denota la velocità della luce nel vuoto e 
rappresenta l'indice di rifrazione del mezzo.
Ad esempio:
- poiché l'aria ha un indice di rifrazione di 1,000292, si assume in buona approssimazione che la velocità della luce nell'aria sia uguale alla velocità della luce nel vuoto;
- poiché l'acqua ha un indice di rifrazione pari a circa 1,33, la velocità della luce nell'acqua si ottiene dividendo per 1,33 il valore della velocità della luce nel vuoto, ossia
Ecco una tabella con i valori di per alcuni dei principali mezzi.
| Mezzo | Velocità della luce (m/s) |
|---|---|
| Vuoto | 299 792 458 m/s |
| Aria | 299 709 000 m/s |
| Acqua | 225 407 863 m/s |
| Diamante | 123 881 000 m/s |
| Alcol etilico | 220 436 000 m/s |
| Quarzo fuso | 205 550 000 m/s |
| Piombo | 115 305 000 m/s |
| Sale | 194 670 000 m/s |
| Vetro | 197 232 000 m/s |
Relazione con costante dielettrica e permeabilità magnetica
Se hai già studiato un po' di Elettromagnetismo, un'ulteriore formula per calcolare la velocità della luce nel mezzo è
dove 
e 
indicano, rispettivamente, la costante dielettrica e la permeabilità magnetica del mezzo.
Utilizzi nel Sistema Internazionale
Concludiamo con una curiosità: il Sistema Internazionale ha scelto di utilizzare proprio il valore costante della velocità della luce nel vuoto per riformulare la definizione di metro, l'unità di misura fondamentale della lunghezza da cui si ricava buona parte delle unità di misura SI.
La velocità della luce nel vuoto è inoltre alla base della definizione di anno luce, un'unità di misura per le distanze astronomiche e della teoria della relatività di Einstein.
Approfondimenti
È tutto! Per una tabella di riepilogo sulle costanti fisiche puoi consultare la pagina del link.