Velocità della luce
Grandezza fisica considerata una delle costanti naturali fondamentali. Essa è pari a 299.792.458 m/s e viene indicata con la lettera c. È la velocità con cui la radiazione elettromagnetica, e quindi la luce, si propaga nello spazio vuoto. Il suo valore fu determinato sperimentalmente per la prima volta quasi contemporaneamente da Armand Fizeau e da Jean-Bernard-Léon Foucault nel XIX secolo, che bene approssimarono il valore misurato in seguito.
La comprensione dei meccanismi di propagazione della luce e la determinazione del valore della sua velocità sono stati ampiamente studiati e dibattuti a iniziare dal XVI secolo, fino ai primi del Novecento. L’interrogativo fondamentale era se la luce si propagasse istantaneamente, o se fosse caratterizzata da una velocità di propagazione finita. Nel Seicento cominciò a prendere il sopravvento la seconda ipotesi e in particolare, con il lavoro di Christiaan Huygens, si arrivò a formulare una teoria ondulatoria della luce, che si sarebbe dovuta propagare in forma di vibrazioni longitudinali di un mezzo impalpabile ed elastico, l’etere cosmico, che avrebbe dovuto riempire tutto lo spazio. Con alterne vicende e varie modifiche, la teoria dell’etere cosmico sopravvisse fino alla fine dell’Ottocento, quando l’esperimento di Michelson e Morley ne confutò l’esistenza, misurando un valore per la velocità della luce che non dipendeva dalla posizione dell’osservatore. Questo esperimento costituì il punto di partenza per la formulazione della teoria della relatività a opera di Albert Einstein. Nella teoria della relatività, la velocità della luce svolge un ruolo cruciale: il secondo postulato della teoria, infatti, afferma che, per qualsiasi osservatore, la luce si propaga nel vuoto con velocità costante c, indipendentemente dal moto dell’osservatore e della sorgente, e che tale velocità è la più alta velocità fisicamente ammissibile.
Velocità del suono
La velocità di propagazione di un'onda sonora è definita come il prodotto della sua lunghezza d'onda per la frequenza. Dipende dal mezzo di propagazione e, in uno stesso mezzo e alla stessa temperatura, è uguale per tutte le frequenze.
La velocità del suono nell'aria secca, alla temperatura di 0 °C, è di 331,6 m/s, ma aumenta al crescere della temperatura; a 20 °C, ad esempio, raggiunge il valore di 344 m/s. Essa, infatti, risulta proporzionale alla radice quadrata del rapporto tra pressione e densità: poiché al crescere della temperatura la densità diminuisce, la velocità, che è inversamente proporzionale alla radice di quest’ultima grandezza, aumenta.
Nei liquidi e nei solidi, la velocità del suono è maggiore che nell’aria: anche in questo caso è inversamente proporzionale alla radice quadrata della densità, ma direttamente proporzionale alla radice quadrata del modulo di elasticità. Quest’ultimo è un parametro legato alle proprietà elastiche del mezzo; così, per un mezzo fluido quale è l’acqua, la velocità del suono è poco minore di 1525 m/s a temperature ordinarie e cresce rapidamente all'aumentare della temperatura. In un mezzo solido come il rame, è di circa 3353 m/s a temperature ordinarie ma, a causa della diminuzione di elasticità, diminuisce all'aumentare della temperatura; infine nell'acciaio, che risulta più elastico del rame, il suono si propaga a una velocità maggiore: a temperature ordinarie, di 4877 m/s.