Autore: Stefan Heusler, Annette Lorke
E-mail: [email protected]
Video: QED – Materia, luce e vuoto
Clip dal video: Capitolo 3, Parte artistica
Regia: Stefan Heusler
Produzione: Sciencemotion, www.sciencemotion.de
Advanced level – Spiegazione per ragazzi 14-18 anni
Nel XIX secolo, numerosi esperimenti rivelarono un numero sempre maggiore di
proprietà dell’elettromagnetismo. Due scoperte furono particolarmente importanti:
1) I protoni e gli elettroni di un atomo sono dotati di cariche elettriche
perfettamente bilanciate fra loro. La cosa è davvero sorprendente,
considerando che l’elettrone è una particella elementare mentre il protone è
costituito da tre quark. Ciò nonostante, la carica del protone è esattamente
identica a quella dell’elettrone, ma di segno opposto.
2) L’interazione fra le cariche è mediata dai fotoni, che si legano a particelle
dotate di carica quali elettroni, positroni e protoni. I fotoni sono onde
elettromagnetiche quantizzate. Il termine “quantizzate” significa che ciascuno
di essi ha un’energia E = h*v (dove h è la costante di Planck e v la frequenza
del fotone), mentre l’espressione “onde elettromagnetiche” significa che il
fotone oscilla con una certa frequenza v fra un campo elettrico e un campo
magnetico mentre si propaga nello spazio.
Esaminiamo più da vicino l’esperimento del filmato, dove la piccola altalena metallica
si trova in un campo magnetico costante.
All’interno di un campo magnetico, solo gli
elettroni in movimento avvertono la
presenza di una forza. Se attraverso
l’altalena passa una corrente di elettroni,
questi avvertiranno la cosiddetta forza di
Lorentz.
Tuttavia, dal punto di vista di un osservatore
che si muova alla stessa velocità di un dato
elettrone, la velocità dell’elettrone è zero; di
conseguenza, anche la forza di Lorentz non
gli risulterà apparente. L’elettrone però
continua ad avvertirla, perché le leggi della fisica sono indipendenti dalla prospettiva
dell’osservatore. Il cambio di prospettiva trasforma la forza di Lorentz nella forza di
Coulomb (= forza elettrica).
Per questo motivo la forza di Coulomb e quella di Lorentz sono due facce della stessa
medaglia: che la forza venga percepita come elettrica o magnetica dipende solo dal
punto di vista dell’osservatore.
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