Vita di Albert
Einstein 
Vita di Albert
Einstein
Albert Einstein nacque ad Ulm nel 1879 . L'anno seguente la sua famiglia si trasferì a Monaco di Baviera , dove il padre Hermann aveva messo su una piccola ditta per il commercio di materiale elettrico .
L'interesse di Albert per la matematica ,le scienze naturali , la filosofia si manifestò già al liceo (il Luitpold Gymnasium di Monaco ).
A quindici anni Albert lasciò la Germania per seguire i suoi genitori in Italia,dato che suo padre si era trasferito a Milano. Frequentò per un anno la scuola cantonale di Aarau(Svizzera)e lì sostenne l'esame di maturità.
Al momento dell'iscrizione all'università, scelse lo studio della matematica e della fisica al Politecnico di Zurigo , dove si laureò nel 1900.
Non riuscì , però , ad ottenere un posto di assistente come desiderava e fu costretto per due anni a fare supplenze in varie scuole, finchè non fu assunto come impiegato all'Ufficio Brevetti di Berna,ove rimase fino al 1909
Fu in quegli anni che ebbe le geniali intuizioni che inugurarono una nuova era per le scienze .
Nel 1905 sugli " Annalen der Physik" , apparvero i lavori che segnarono l'inizio della celebrità di Einstein (La teoria della relativit… ristretta).
Nel 1909 ottenne un incarico come docente di fisica teorica presso l'Università di Zurigo.
Nel 1911 fu nominato professore ordinario all'Università di Praga e nel 1912 al Politecnico di Zurigo.
Trasferitosi a Berlino nel 1914 , ebbe l'offerta prestigiosa di una cattedra di ricerca presso l'Università di Berlino .
Einstein, in quegli anni mise a punto la sua Teoria della relatività generale ed ottenne il Premio Nobel nel 1921 per aver dato una interpretazione quantistica all'effetto fotoelettrico.
Effetto fotoelettrico ( o fotoelettronico)
Albert Einstein ottenne il premio Nobel per l'interpretazione quantistica dell'effetto fotoelettrico.
Nel 1887 Hertz aveva casualmente scoperto che una placca di zinco colpita da una radiazione ultravioletta si caricava negativamente.
Solo dopo le misure della carica e della massa dell'elettrone operate da Thomson nel 1897 si capì che il fenomeno (effetto fotoelettrico) era dovuto all'emissione di elettroni provocata nel metallo dalle radiazioni elettromagnetiche di opportuna frequenza.Una placca metallica di zinco ricoperta di cesio o metallo alcalino ,P, colpita da una radiazione ultravioletta ( di una certa frequenza f), emette elettroni che arrivano sul collettore C e generano una corrente misurabile dal galvanometro G , un potenziometro , per variare la tensione , completa il dispositivo.
1)Si ha emissione elettronica solo se la frequenza della radiazione incidente è maggiore di un certo valore f0(soglia elettronica) , dipendente dalla natura del metallo2)L'energia cinetica degli elettroni dipende dalla frequenza della radiazione incidente e non dalla sua intensità
3)Il numero degli elettroni emessi aumenta all'aumentare dell'intensità della radiazione elettromagnetica incidente
Tale fenomeno non è spiegabile con le leggi classiche dell'elettromagnetismo infatti allontanando la sorgente dell'emissione della radiazione elettromagnetica si dovrebbe verificare una diminuizione dell'energia cinetica degli elettroni emessi dalla placca , che invece resta costante.
Einstein dette del fenomeno una spiegazione quantistica :
L'onda incidente è costituita da un flusso di fotoni di frequenza f=c/l di energia pari a E = h f
l=lunghezza d'onda
c=velocità della luce
h= costante di Planck
(secondo la teoria quantistica di Planck)
Questi fotoni trasmettono agli elettroni degli atomi della superficie metallica P la propria energia hf che dipende solo dalla frequenza della radiazione e non varia al variare della distanza tra sorgente e placca
Ovviamente l'energia della radiazione deve essere superiore al lavoro di estrazione del metallo fotosensibile (w0)
½ mv2= hf-w0 (2)
l'energia cinetica massima degli elettroni =
energia della radiazione - lavoro di estrazione
quindi l'energia non può essere inferiore a hf0 pari a w0
ossia la radiazione non può avere frequenza inferiore ad f0
(frequenza minima = soglia fotoelettrica) (1)
e la (2) spiega il fatto che l'energia cinetica degli elettroni dipende solo dalla frequenza della radiazione
L'intensità della radiazione ,essendo proporzionale al numero di fotoni , risulta proporzionale al numero degli elettroni emessi , perchè aumentando il numero di fotoni aumenta anche il numero di elettroni che interagendo con i fotoni ed acquistandone l'energia h f, riescono a superare la barriera che si oppone alla fuoriuscita dal metallo
Nel 1933 Hitler prese il potere ed Einstein , che in quel periodo si trovava negli Stati Uniti, decise di rimanere lì e di non tornare mai più in Germania.
Trascorse gli ultimi venti anni della sua vita negli Stati Uniti , all'Istitut for Advanced Study di Princeton, fino alla sua morte avvenuta il 18 aprile 1955.
DIMOSTRAZIONE DELLA DILATAZIONE DEL TEMPO
Consideriamo una cabina che si muova di moto rettilineo uniforme con velocità v , percorrendo il tratto 2a nel tempo t per un osservatore O fuori di essa. Nella cabina vi è un osservatore O' ed uno specchio posto sul soffitto a distanza d' da O'
Se O' lancia un segnale luminoso verso lo specchio , esso percorrerà il tratto 2 d' nel tempo t', mentre l'osservatore O vedrà percorrere il tratto 2d nel tempo t, lo stesso tempo impiegato dalla cabina per percorrere 2a.
Ovviamente i due tempi t' e t non sono uguali : t' = 2d'/c ; t = 2d/c ed essendo a e d' i cateti di un triangolo rettangolo di ipotenusa d con semplici calcoli si ottiene la formula:Dilatazione del tempo
t't = ---------------
Ö
m0
m = -----------------------
Ö
I protoni negli acceleratori di particelle
E = m c2
LA FISSIONE NUCLEARE.
Se si spara un neutrone contro un nucleo di uranio , fornendogli una certa energia ,
esso si scinde in un nucleo di bario ed in uno di cripton , liberando una quantità
di energia (200MeV) pari allo 0.1% della massa del nucleo di uranio
(quantità di massa trasformata in energia) , secondo la formula di Einstein.
Il processo di fissione è molto meno efficiente della fusione
dei deutoni in elio ,durante la quale quasi l'1% della massa si trasforma in energia.
Ma occorre considerare che tra i prodotti della fissione ci sono anche molti neutroni
i quali innescano altri processi di fissione , creando una reazione a catena .
LA FUSIONE NUCLEARE. Se avviciniamo lentamente un protone ed un neutrone si ottiene un deutone ,ossia un nucleo di deuterio, ed una certa quantità di energia sotto forma di fotoni. Ma se calcoliamo le masse del protone e del neutrone,vediamo che la somma di queste due masse è inferiore alla massa del deutone, e questa massa mancante corrisponde all'energia emessa. Anche sul sole avviene un processo simile : due deutoni si uniscono e formano un nucleo di elio emettendo una quantità di energia pari alla massa mancante ( differenza tra la somma delle masse dei due deutoni e la massa dell'elio).Il sole in questo processo perde ogni secondo 4 milioni di tonnellate di massa. I paradossi IL PARADOSSO DEI GEMELLI Se uno di due gemelli parte per un viaggio interplanetario su di un'astronave che si muove con una velocità vicina a quella della luce ,egli vedrà scorrere il tempo sull'astronave più lentamente per cui , quando tornerà sulla terra troverà il suo gemello invecchiato di 50 anni ,mentre per lui sono passati solo pochi mesi.Questo perchè a velocità vicine a quelle della luce il tempo rallenta . Il problema è che per ora non siamo in grado di costruire oggetti che raggiungano tali velocitàPARADOSSO : A CAVALLO DI UN RAGGIO DI LUCE
Nessun oggetto pu• viaggiare ad una velocità uguale o superiore a quella della luce.
Per spiegare ciò si ricorre ad un paradosso : se viaggiassi a cavallo di un raggio di luce
(ossia all'interno di un sistema isolato che si muove alla velocità della luce)
con uno specchio in mano , non riuscirei a vedere la mia immagine riflessa , perchè un raggio luminoso che parte
dal mio volto non sarebbe in grado di raggiungere lo specchio che si muove con la stessa velocità
(quella della luce ) , ma in tal caso sarei in grado di affermare che il mio sistema è in moto, con una velocità
uguale o superiore a quella della luce, mentre ciò contraddice il principio di relatività galileiano per il qualeall'interno di un sistema isolato non si è in grado di stabilirne il moto o la quiete.
EVENTI SIMULTANEI
Dal punto medio M di un'astronave, che si muove di moto rettilineo uniforme con velocità v nella direzione CT , parte un raggio di luce. Se l'astronave fosse ferma , il raggio raggiungerebbe contemporaneamente la testa T e la coda C dell'astronave , ma
C M T
siccome si muove , C verrà raggiunta prima di T , perchè C viene incontro al raggio mentre T si sposta nella direzione di v . I due eventi sono quindi simultanei in un riferimento (in quiete ) , non lo sono più in un altro riferimento ( in moto ).
Ossia , per un osservatore O' solidale con il sistema astronave , che si muove con velocità v, gli eventi sono simultanei , mentre per un osservatore O fermo fuori dell'astronave , gli eventi non sono simultanei.
Non esiste un tempo assoluto.
Le prove IL MOUNE m.Il muone
m è una particella prodotta dai raggi cosmici negli strati superiori dell'atmosfera,e viaggia ad una velocità molto vicina a quella della luce .Malgrado la sua vita sia brevissima ( il suo tempo di dimezzamento è di 1,5 ms) , riesce , grazie alla dilatazione del tempo ed alla contrazione dello spazio , ad arrivare sulla superficie della terra prima di decadere (trasformandosi in un elettrone e due neutrini ) Infatti ,il muone , prodotto a circa 9 km di altezza dalla terra , dovrebbe percorrere solo 0.45 km prima di decadere , dato il suo tempo di dimezzamento , ma siccome la sua velocità è altissima ( pari ad un fattore gamma =20) , la distanza di 9 km diventa (dividendo per 20 ) proprio 0.45 km che è la distanza che effettivamente può percorrere prima di decadere. Inoltre il tempo di dimezzamento 1,5 ms (il tempo per il muone ) diventa per un osservatore sulla terra 1,5 ms x 20 = 30 ms che è proprio il tempo necessario per percorrere il tratto di 9 km ed arrivare sulla terra prima di decadere. Aumento della massa di un protone in un acceleratore di particelle