Kako je bila izmerjena svetlobna hitrost in kakšna je njena realna vrednost? Kdaj je bila prvič izmerjena hitrost svetlobe? Kateri znanstvenik je uspel izmeriti hitrost svetlobe?

Kljub dejstvu, da nam v običajnem življenju ni treba izračunati hitrosti svetlobe, se mnogi zanimajo za to količino že od otroštva.

Ko je opazoval strele med nevihto, je verjetno vsak otrok poskušal razumeti, kaj je povzročilo zamudo med bliskom in udarci grmenja. Očitno imata svetloba in zvok različne hitrosti. Zakaj se to dogaja? Kakšna je hitrost svetlobe in kako jo lahko izmerimo?

V znanosti je hitrost svetlobe hitrost, s katero se žarki gibljejo v zraku ali vakuumu. Svetloba je elektromagnetno sevanje, ki ga zazna človeško oko. Sposoben se je gibati v katerem koli okolju, kar neposredno vpliva na njegovo hitrost.

Poskusi merjenja te količine so bili narejeni že v antiki. Znanstveniki starodavnih časov so verjeli, da je svetlobna hitrost neskončna. Enako mnenje so izrazili fiziki 16.–17. stoletja, čeprav so že takrat nekateri raziskovalci, kot sta Robert Hooke in Galileo Galilei, domnevali končnost.

Velik preboj v proučevanju svetlobne hitrosti se je zgodil po zaslugi danskega astronoma Olafa Roemerja, ki je prvi opozoril na zakasnitev mrka Jupitrove lune Io v primerjavi s prvotnimi izračuni.

Nato je znanstvenik določil približno vrednost hitrosti 220 tisoč metrov na sekundo. Britanski astronom James Bradley je to vrednost lahko natančneje izračunal, čeprav se je pri izračunih nekoliko zmotil.


Kasneje so znanstveniki iz različnih držav poskušali izračunati resnično hitrost svetlobe. Vendar pa je šele v zgodnjih sedemdesetih letih prejšnjega stoletja, s pojavom laserjev in maserjev, ki so imeli stabilno frekvenco sevanja, raziskovalcem uspelo narediti natančen izračun in leta 1983 je bila sodobna vrednost s korelacijo za relativno napako vzeta kot osnova.

Kakšna je svetlobna hitrost po vaših besedah?

Preprosto povedano, je svetlobna hitrost čas, ki ga potrebuje sončni žarek, da prepotuje določeno razdaljo. Običajno je sekunda uporabljena kot enota za čas, meter pa kot enota za razdaljo. Z vidika fizike je svetloba edinstven pojav, ki ima konstantno hitrost v določenem okolju.

Recimo, da oseba teče s hitrostjo 25 km/h in poskuša dohiteti avto, ki vozi s hitrostjo 26 km/h. Izkaže se, da se avto premika 1 km/h hitreje od tekača. S svetlobo je vse drugače. Ne glede na hitrost gibanja avtomobila in osebe se bo žarek glede na njih vedno premikal s konstantno hitrostjo.

Hitrost svetlobe je v veliki meri odvisna od snovi, v kateri se žarki širijo. V vakuumu ima konstantno vrednost, v prozornem okolju pa ima lahko različne indikatorje.

V zraku ali vodi je njegova vrednost vedno manjša kot v vakuumu. Na primer, v rekah in oceanih je hitrost svetlobe približno ¾ hitrosti v vesolju, v zraku pri tlaku 1 atmosfere pa je 2% manjša kot v vakuumu.


Ta pojav je razložen z absorpcijo žarkov v prozornem prostoru in njihovim ponovnim oddajanjem nabitih delcev. Učinek se imenuje lom in se aktivno uporablja pri izdelavi teleskopov, daljnogledov in druge optične opreme.

Če upoštevamo posebne snovi, potem je v destilirani vodi hitrost svetlobe 226 tisoč kilometrov na sekundo, v optičnem steklu - približno 196 tisoč kilometrov na sekundo.

Kakšna je hitrost svetlobe v vakuumu?

V vakuumu ima hitrost svetlobe na sekundo konstantno vrednost 299.792.458 metrov, torej nekaj več kot 299 tisoč kilometrov. V sodobnem pogledu je ultimativni. Z drugimi besedami, noben delec, nobeno nebesno telo ni sposobno doseči hitrosti, ki jo svetloba razvija v vesolju.

Tudi če predpostavimo, da se bo Superman pojavil in letel z veliko hitrostjo, bo žarek še vedno bežal od njega z večjo hitrostjo.

Čeprav je hitrost svetlobe največja, ki jo je mogoče doseči v vakuumskem prostoru, se domneva, da obstajajo telesa, ki se premikajo hitreje.

Tega so na primer sposobni sončni žarki, sence ali faze nihanja v valovih, vendar z enim opozorilom - tudi če razvijejo superhitrost, se bodo energija in informacije prenašale v smeri, ki ne sovpada s smerjo njihovega gibanja.


Kar zadeva prozorni medij, na Zemlji obstajajo objekti, ki se lahko gibljejo hitreje od svetlobe. Na primer, če žarek, ki gre skozi steklo, upočasni svojo hitrost, potem elektroni niso omejeni v hitrosti gibanja, zato se lahko pri prehodu skozi steklene površine gibljejo hitreje od svetlobe.

Ta pojav imenujemo Vavilov–Čerenkov učinek in ga največkrat opazimo v jedrskih reaktorjih ali v globinah oceanov.

Hitrost svetlobe v vakuumu je "točno 299.792.458 metrov na sekundo." Danes lahko to številko natančno imenujemo, saj je hitrost svetlobe v vakuumu univerzalna konstanta, ki je bila izmerjena z laserjem.

Ko gre za uporabo tega orodja v poskusu, je težko oporekati rezultatom. Zakaj se hitrost svetlobe meri v tako celem številu, ni presenetljivo: dolžina metra je določena z naslednjo konstanto: »Dolžina poti, ki jo prepotuje svetloba v vakuumu v časovnem intervalu 1 /299.792.458 sekunde.«

Pred nekaj sto leti je bilo odločeno ali vsaj domnevano, da svetlobna hitrost nima omejitev, čeprav je v resnici preprosto zelo visoka. Če bi odgovor določal, ali bo postala dekle Justina Bieberja, bi sodobna najstnica na to vprašanje odgovorila z: "Svetlobna hitrost je nekoliko počasnejša od najhitrejše stvari v vesolju."

Prvi, ki se je z vprašanjem neskončnosti svetlobne hitrosti lotil filozof Empedokles v petem stoletju pred našim štetjem. Še eno stoletje kasneje se Aristotel ne bi strinjal z Empedoklesovo izjavo in spor bi trajal več kot 2000 let.

Nizozemski znanstvenik Issac Backman je bil prvi znani znanstvenik, ki se je leta 1629 domislil pravega eksperimenta, da bi preveril, ali ima svetloba kakšno hitrost. Backman, ki je živel v stoletju daleč od izuma laserja, je ugotovil, da mora biti osnova poskusa eksplozija kakršnega koli izvora, zato je v svojih poskusih uporabil detonacijski smodnik.

Backman je postavil ogledala na različne razdalje od eksplozije in pozneje vprašal ljudi, ki so opazovali, ali so opazili razliko v zaznavanju svetlobnega bliska, ki se odbije v vsakem od ogledal. Kot lahko ugibate, je bil poskus "nedokončen". Podoben, bolj znan poskus, a brez uporabe eksplozije, je morda izvedel ali vsaj izumil Galileo Galilei šele desetletje kasneje, leta 1638. Galileo je tako kot Backman sumil, da hitrost svetlobe ni neskončna, in v nekaterih svojih delih se je skliceval na nadaljevanje poskusa, vendar s sodelovanjem svetilk. V svojem poskusu (če ga je kdaj izvedel!) je postavil dve luči miljo narazen in poskušal ugotoviti, ali je prišlo do zamude. Tudi rezultat poskusa ni bil dokončen. Edina stvar, ki jo je Galileo lahko predlagal, je bila, da če svetloba ni neskončna, je prehitra in poskusi, izvedeni v tako majhnem obsegu, so bili obsojeni na neuspeh.

To se je nadaljevalo, dokler danski astronom Olaf Roemer ni začel resnih poskusov s svetlobno hitrostjo. Galilejevi poskusi na hribu luči so bili v primerjavi z Roemerjevimi poskusi videti kot srednješolski znanstveni projekt. Določil je, da je treba poskus izvesti v vesolju. Tako se je posvetil opazovanju planetov in 22. avgusta 1676 predstavil svoje inovativne poglede.

Roemer je zlasti med preučevanjem ene od Jupitrovih lun opazil, da se čas med mrki spreminja skozi vse leto (odvisno od tega, ali se Jupiter giblje proti ali stran od Zemlje). Ko ga je to zanimalo, si je Roemer skrbno beležil čase, ko je luna, ki jo je opazoval, Io, prišla v vidokrug, in primerjal primerjavo teh časov s časi, ko bi to običajno pričakovali. Čez nekaj časa je Roemer opazil, da tako kot se je Zemlja med kroženjem okoli Sonca bolj oddaljevala od Jupitra, bo čas, ko je Io prišel v pogled, še bolj zaostajal za časom, ki je bil prej zabeležen v zapisih. Roemer je (pravilno) teoretiziral, da je to zato, ker svetloba potrebuje dlje, da prepotuje razdaljo od Zemlje do Jupitra, ko se sama razdalja povečuje.

Na žalost so se njegovi izračuni izgubili v požaru v Köbenhavnu leta 1728, vendar imamo o njegovem odkritju veliko informacij iz pripovedi njegovih sodobnikov, pa tudi iz poročil drugih znanstvenikov, ki so Roemerjeve izračune uporabljali v svojih delih. Njihovo bistvo je, da je Roemer s številnimi izračuni, povezanimi s premerom Zemlje in orbito Jupitra, lahko ugotovil, da bo svetloba potrebovala približno 22 minut, da prepotuje razdaljo, ki je enaka premeru Zemljine orbite okoli Sonca. Christiaan Huygens kasneje pretvori te izračune v bolj razumljive številke, ki kažejo, da Roemer ocenjuje, da svetloba potuje približno 220.000 kilometrov na sekundo. Ta številka se še vedno precej razlikuje od sodobnih podatkov, vendar se bomo k njim kmalu vrnili.

Ko so Roemerjevi univerzitetni kolegi izrazili zaskrbljenost nad njegovo teorijo, jim je mirno povedal, da se bo mrk 9. novembra 1676 zgodil 10 minut kasneje. Ko se je to zgodilo, so bili dvomljivci začudeni, saj je nebesno telo potrdilo njegovo teorijo.

Roemerjevi kolegi so bili nad njegovimi izračuni izjemno presenečeni, saj njegova ocena hitrosti svetlobe še danes velja za presenetljivo natančno, glede na to, da je nastala 300 let pred izumom laserjev in interneta. Čeprav je 80.000 kilometrov prepočasi, upoštevajoč takratno stanje znanosti in tehnologije, je rezultat res impresiven. Poleg tega se je Roemer zanašal le na lastna ugibanja.

Še bolj presenetljivo pa je, da razlog za prenizko hitrost ni bil v Roemerjevih izračunih, ampak v dejstvu, da v času, ko je izvajal svoje izračune, ni bilo natančnih podatkov o orbitah Zemlje in Jupitra. To pomeni, da je znanstvenik naredil napako samo zato, ker drugi znanstveniki niso bili tako pametni kot on. Če torej obstoječe sodobne podatke vključite v prvotne izračune, ki jih je naredil, so izračuni hitrosti svetlobe pravilni.

Čeprav so bili izračuni tehnično napačni in je James Bradley leta 1729 našel natančnejšo definicijo svetlobne hitrosti, se je Roemer zapisal v zgodovino kot prvi, ki je dokazal, da je svetlobno hitrost mogoče določiti. To mu je uspelo z opazovanjem gibanja velikanske plinaste krogle, ki se nahaja na razdalji približno 780 milijonov kilometrov od Zemlje.

Pošljite svoje dobro delo v bazo znanja je preprosto. Uporabite spodnji obrazec

Študenti, podiplomski študenti, mladi znanstveniki, ki bazo znanja uporabljajo pri študiju in delu, vam bodo zelo hvaležni.

Objavljeno na http://www.allbest.ru/

Hitrost svetlobe in metode za njeno določanje

Načrtujte

Uvod

1. Astronomske metode za merjenje hitrosti svetlobe

1.1 Roemerjeva metoda

1.2 Metoda svetlobne aberacije

1.3 Metoda prekinitve (metoda Fizeau)

1.4 Metoda vrtljivega zrcala (Foucaultova metoda)

1.5 Michelsonova metoda

Uvod

Hitrost svetlobe je ena najpomembnejših fizikalnih konstant, ki jih imenujemo temeljne. Ta konstanta je še posebej pomembna tako v teoretični kot eksperimentalni fiziki in sorodnih znanostih. Točno vrednost svetlobne hitrosti je treba poznati pri radijski in svetlobni lokaciji, pri merjenju razdalje od Zemlje do drugih planetov ter pri nadzoru satelitov in vesoljskih plovil. Določanje svetlobne hitrosti je najpomembnejše za optiko, zlasti za optiko gibljivih medijev, in fiziko nasploh. Spoznajmo metode za določanje hitrosti svetlobe.

1. Astronomske metode za merjenje hitrosti svetlobe

1.1 Roemerjeva metoda

Prve meritve svetlobne hitrosti so temeljile na astronomskih opazovanjih. Zanesljivo vrednost hitrosti svetlobe, ki je blizu njeni sodobni vrednosti, je prvi dobil Roemer leta 1676 med opazovanjem mrkov satelitov planeta Jupitra.

Čas, v katerem svetlobni signal potuje od nebesnega telesa do Zemlje, je odvisen od razdalje L lokacijo svetilke. Pojav, ki se zgodi na nekem nebesnem telesu, opazimo z zakasnitvijo, ki je enaka času prehoda svetlobe od svetila do Zemlje:

Kje z- hitrost svetlobe.

Če opazimo kakršen koli periodični proces, ki se dogaja v sistemu, ki je oddaljen od Zemlje, potem ob stalni razdalji med Zemljo in sistemom prisotnost te zamude ne bo vplivala na obdobje opazovanega procesa. Če se Zemlja med obdobjem oddalji od sistema ali se mu približa, bo v prvem primeru konec obdobja zabeležen z večjo zamudo kot njen začetek, kar bo povzročilo navidezno povečanje obdobja. V drugem primeru, nasprotno, bo konec obdobja zabeležen z manjšo zamudo kot njegov začetek, kar bo povzročilo navidezno zmanjšanje obdobja. V obeh primerih je navidezna sprememba periode enaka razmerju razlike v razdaljah med zemljo in sistemom na začetku in koncu periode ter svetlobno hitrostjo.

Zgornja razmišljanja tvorijo osnovo Römerjeve metode.

Roemer je izvedel opazovanja satelita Io, katerega orbitalno obdobje je 42 ur 27 minut 33 sekund.

Ko se Zemlja giblje po delu svoje orbite E 1 E 2 E 3 odmika se od Jupitra in opaziti je treba povečanje periode. Pri premikanju po območju E 3 E 4 E 1 opazovano obdobje bo krajše od pravega. Ker je sprememba v eni periodi majhna (približno 15 s), se učinek zazna šele z velikim številom opazovanj, izvedenih v daljšem časovnem obdobju. Če na primer opazujete mrke šest mesecev, začenši od trenutka nasprotja z Zemljo (točka E 1 ) do trenutka "povezave" (točka E 3 ), potem bo časovni interval med prvim in zadnjim mrkom za 1320 s daljši od teoretično izračunanega. Teoretični izračun obdobja mrka je bil izveden na orbitalnih točkah blizu opozicije. Kjer se razdalja med Zemljo in Jupitrom skozi čas praktično ne spreminja.

Nastalo neskladje je mogoče pojasniti le z dejstvom, da se je Zemlja v šestih mesecih premaknila s točke E 1 točno E 3 in svetloba na koncu polletja mora prepotovati pot, ki je za velikost segmenta večja kot na začetku E 1 E 3 , ki je enak premeru zemeljske orbite. Tako se zamude, ki so v določenem obdobju neopazne, kopičijo in tvorijo nastalo zamudo. Vrednost zakasnitve, ki jo je določil Roemer, je bila 22 minut. Če vzamemo premer Zemljine orbite, ki je enak km, lahko dobimo vrednost za hitrost svetlobe 226.000 km/s.

Hitrost svetlobe, določena na podlagi Roemerjevih meritev, se je izkazala za manjšo od sodobne vrednosti. Kasneje so bila opravljena natančnejša opazovanja mrkov, pri katerih se je čas zakasnitve izkazal za 16,5 minut, kar ustreza hitrosti svetlobe 301000 km/s.

1.2 Metoda svetlobne aberacije

merjenje hitrosti svetlobe astronomsko

Za opazovalca na zemlji bo smer vidne črte na zvezdo drugačna, če je ta smer določena v različnih obdobjih leta, to je odvisno od položaja Zemlje v njeni orbiti. Če je smer katere koli zvezde določena v šestmesečnih intervalih, to je, ko je Zemlja na nasprotnih koncih premera Zemljine orbite, potem se kot med dobljenima smerema imenuje letna paralaksa (slika 2). Bolj ko je zvezda oddaljena, manjši je njen kot paralakse. Z merjenjem paralaksnih kotov različnih zvezd je mogoče določiti oddaljenost teh zvezd od našega planeta.

Leta 1725-1728 Bradley James, angleški astronom, je izmeril letno paralakso zvezd stalnic. Med opazovanjem ene od zvezd v ozvezdju Zmaj je ugotovil, da se njen položaj skozi leto spreminja. V tem času je opisala majhen krog, katerega kotne dimenzije so bile enake 40,9”. V splošnem primeru zvezda kot posledica orbitalnega gibanja Zemlje opisuje elipso, katere velika os ima enake kotne dimenzije. Pri zvezdah, ki ležijo v ravnini ekliptike, se elipsa degenerira v ravno črto, pri zvezdah, ki ležijo blizu pola, pa v krog. (Ekliptika je veliki krog nebesne krogle, po katerem poteka vidno letno gibanje Sonca.)

Količina premika, ki jo je izmeril Bradley, je bila znatno večja od pričakovanega paralaktičnega premika. Bradley je ta pojav poimenoval aberacija svetlobe in ga razložil s končno hitrostjo svetlobe. V kratkem času, v katerem se svetloba, ki pada na lečo teleskopa, širi od leče do okularja, se okular premakne za zelo majhen segment zaradi gibanja Zemljine orbite (slika 3). Posledično se bo slika zvezde premaknila za segment A. Pri ponovnem usmerjanju teleskopa v zvezdo ga bo treba rahlo nagniti v smeri gibanja Zemlje, da bo slika zvezde spet sovpadala s središčem nitnega križca v okularju.

Naj bo naklonski kot teleskopa enak b. Označimo čas, potreben, da svetloba prepotuje odsek V, ki je enaka razdalji od leče teleskopa do njegovega okularja, je enaka f. Nato segment in

Iz Bradleyjevih meritev je bilo znano, da je na dveh položajih Zemlje, ki ležita na istem orbitalnem premeru, zvezda videti premaknjena od svojega pravega položaja za isti kot. Kot med tema smerema opazovanja, od koder je ob poznavanju hitrosti Zemlje v orbiti mogoče najti hitrost svetlobe. Bradley je dobil z= 306000 km/s.

Opozoriti je treba, da je pojav svetlobne aberacije povezan s spremembo smeri hitrosti Zemlje skozi vse leto. Razlaga tega pojava temelji na korpuskularnih konceptih svetlobe. Upoštevanje svetlobne aberacije s stališča valovne teorije je kompleksnejše in je povezano z vprašanjem vpliva gibanja Zemlje na širjenje svetlobe.

Roemer in Bradley sta pokazala, da je svetlobna hitrost končna, čeprav je zelo pomembna. Za nadaljnji razvoj teorije svetlobe je bilo pomembno ugotoviti, od katerih parametrov je odvisna hitrost svetlobe in kako se spreminja pri prehodu svetlobe iz enega medija v drugega. Za to je bilo treba razviti metode za merjenje hitrosti svetlobe iz zemeljskih virov. Prvi poskusi tovrstnih poskusov so bili narejeni v začetku 19. stoletja.

1.3 Metoda prekinitve (metoda Fizeau)

Prvo eksperimentalno metodo za določanje hitrosti svetlobe iz zemeljskih virov je leta 1449 razvil francoski fizik Armand Hippolyte Louis Fizeau. Eksperimentalna shema je prikazana na sl. .4.

Svetloba, ki se širi iz vira s, ki se delno odbija od prosojne plošče R in gre k ogledalu M. Na poti žarka je svetlobni lomilec - zobnik TO, katerega os oo" vzporedno z žarkom. Svetlobni žarki prehajajo skozi reže med zobmi in se odbijajo od ogledala M in se pošljejo nazaj skozi zobnik in ploščo R opazovalcu.

Ko se kolo vrti počasi TO svetloba, ki je prešla skozi režo med zobmi, se uspe vrniti skozi isto režo in vstopi v oko opazovalca. V tistih trenutkih, ko pot žarkom prekriža zob, svetloba ne doseže opazovalca. Tako pri nizki kotni hitrosti opazovalec zazna utripajočo svetlobo. Če povečate hitrost vrtenja kolesa, potem pri določeni vrednosti svetloba, ki gre skozi eno režo med zobmi, doseže ogledalo in se vrne nazaj, ne bo padla v isto režo d, vendar ga bo blokiral zob, ki je v tem trenutku zavzel položaj vrzeli d. Posledično pri kotni hitrosti nobena svetloba sploh ne bo vstopila v opazovalčevo oko iz reže d, niti od vseh naslednjih (prvo temnenje). Če vzamemo število zob p, potem je čas vrtenja kolesca na drsniku enak

Čas, v katerem svetloba prepotuje razdaljo od kolesa do ogledala M in obratno je enako

Kje l- oddaljenost kolesa od ogledala (podnožja). Če izenačimo ta dva časovna intervala, dobimo pogoj, pod katerim pride do prve potemnitve:

kje lahko določiš hitrost svetlobe:

kjer je število vrtljajev na sekundo.

V namestitvi Fizeau je bila osnova 8,63 km, število zob v kolesu 720, prvo zatemnitev pa se je pojavila pri frekvenci 12,6 rps. Če podvojite hitrost kolesa, bo opazno osvetljeno vidno polje, pri potrojni hitrosti vrtenja bo spet nastala tema itd. Hitrost svetlobe, ki jo je izračunal Fizeau, je 313300 km/s.

Glavna težava takih meritev je natančno določiti trenutek zatemnitve. Natančnost se poveča tako z večjimi bazami kot s stopnjami prekinitev, ki omogočajo opazovanje zatemnitev višjega reda. Tako je Perrotin leta 1902 opravil meritve z bazno dolžino 46 km in dobil vrednost za svetlobno hitrost 29987050 km/s. Delo je potekalo na izjemno čistem morskem zraku z visokokakovostno optiko.

Namesto vrtljivega kolesa je mogoče uporabiti druge, naprednejše metode prekinitve svetlobe, na primer Kerrovo celico, s katero lahko svetlobni žarek prekinemo 107-krat na sekundo. V tem primeru lahko bistveno zmanjšate osnovo. Tako je bila v Andersonovi postavitvi (1941) s Kerrovo celico in fotoelektričnim zapisom osnova le 3 m. Dobil je vrednost z= 29977614 km/s.

1.4 Metoda vrtljivega zrcala (Foucaultova metoda)

Metodo za določanje hitrosti svetlobe, ki jo je leta 1862 razvil Foucault, lahko pripišemo prvim laboratorijskim metodam. S to metodo je Foucault meril hitrost svetlobe v medijih, za katere je lomni količnik n>1 .

Diagram Foucaultove namestitve je prikazan na sl. 5.

Svetloba iz vira S prehaja skozi prosojno ploščo R, leča L in pade na ravno ogledalo M1, ki se lahko vrti okoli svoje osi O, pravokotno na risalno ravnino. Po odsevu od ogledala M1 žarek svetlobe je usmerjen na fiksno konkavno zrcalo M 2, ki se nahaja tako, da ta žarek vedno pada pravokotno na njegovo površino in se odbije po isti poti na zrcalo M1 . Če ogledalo M1 nepremično, potem se bo žarek, ki se odbije od njega, vrnil po prvotni poti do plošče R, delno odbit, od katerega bo dal sliko vira S na točki S1 .

Ko se ogledalo vrti M1 v času, ko potuje svetloba 2 l med obema ogledaloma in se vrne nazaj (), zrcalo, ki se vrti s kotno hitrostjo M1 se bo obrnil pod kotom

in bo zavzel položaj, prikazan na sl. .5 pikčasta črta. Žarek, ki se odbija od zrcala, se bo zasukal pod kotom glede na prvotni in bo dal sliko vira v točki S2 . Merjenje razdalje S1 S2 in če poznate geometrijo namestitve, lahko določite kot in izračunate hitrost svetlobe:

Tako je bistvo Foucaultove metode natančno merjenje časa, ki ga svetloba potrebuje, da prepotuje razdaljo. 2 l. Ta čas je ocenjen s kotom zasuka zrcala M1 , katerega hitrost vrtenja je znana. Kot vrtenja se določi na podlagi meritev pomikov S1 S2 . V Foucaultovih poskusih je bila hitrost vrtenja 800 rps, osnovna l variirala od 4 do 20 km. Vrednost je bila najdena z= 298000500 km/s.

Foucault je s svojo instalacijo prvi izmeril svetlobno hitrost v vodi. Po tem, ko je med zrcali postavil cev, napolnjeno z vodo, je Foucault ugotovil, da se je kot premika povečal za *-krat, zato se je hitrost širjenja svetlobe v vodi, izračunana po zgoraj napisani formuli, izkazala za enako (3/4) z. Indeks loma svetlobe v vodi, izračunan po formulah valovne teorije, se je izkazal za enakega, kar je popolnoma skladno s Snellovim zakonom. Tako je bila na podlagi rezultatov tega poskusa potrjena veljavnost valovne teorije svetlobe in končan stoletje in pol dolg spor v njeno korist.

1.5 Michelsonova metoda

Leta 1926 je bila narejena Michelsonova instalacija med dvema gorskima vrhovoma, tako da je razdalja, ki jo žarek prepotuje od izvora do svoje slike po odboju od prve ploskve osmerokotne zrcalne prizme, zrcala M 2 - M 7 in peta stena je bila približno 35,4 km. Hitrost vrtenja prizme (približno 528 rps) je bila izbrana tako, da je imela prizma v času širjenja svetlobe od prve do pete strani čas, da se zavrti za 1/8 obrata. Morebiten premik zajčka pri nenatančno izbrani hitrosti je igral vlogo popravka. Izkazalo se je, da je hitrost svetlobe, določena v tem poskusu, enaka 2997964 km/s.

Med drugimi metodami omenimo meritev svetlobne hitrosti, opravljeno leta 1972 z neodvisnim določanjem valovne dolžine in frekvence svetlobe. Vir svetlobe je bil helij-neonski laser, ki je ustvarjal sevanje pri 3,39 μm. V tem primeru smo valovno dolžino izmerili z interferometrično primerjavo s standardno dolžino kriptonovega oranžnega sevanja, frekvenco pa z radiotehničnimi metodami. Hitrost svetlobe

določena s to metodo je bila 299792,45620,001 km/s. Avtorji metode verjamejo, da je mogoče doseženo natančnost povečati z izboljšanjem ponovljivosti meritev dolžinskih in časovnih etalonov.

Na koncu omenimo, da se pri določanju hitrosti svetlobe meri skupinska hitrost in, ki sovpada s prvo fazo samo za vakuum.

Objavljeno na Allbest.ru

Podobni dokumenti

Delitev štiridimenzionalnega prostora na fizični čas in tridimenzionalni prostor. Konstantnost in izotropnost svetlobne hitrosti, definicija simultanosti. Izračun Sagnacovega učinka ob predpostavki anizotropije svetlobne hitrosti. Preučevanje lastnosti parametra NUT.

članek, dodan 22.6.2015


Vidno sevanje in prenos toplote. Naravni, umetni luminescentni in toplotni viri svetlobe. Odboj in lom svetlobe. Senca, penumbra in svetlobni žarek. Lunin in sončni mrk. Absorpcija energije s telesi. Spreminjanje hitrosti svetlobe.

predstavitev, dodana 27.12.2011


Transformacija svetlobe, ko pade na mejo dveh medijev: odboj (sipanje), prenos (lom), absorpcija. Dejavniki spremembe hitrosti svetlobe v snoveh. Manifestacije polarizacije in interference svetlobe. Intenzivnost odbite svetlobe.

predstavitev, dodana 26.10.2013


Razvoj koncepta prostora in časa. Znanstvenofantastična paradigma. Načelo relativnosti in ohranitveni zakoni. Absolutna hitrost svetlobe. Paradoks zaprtih svetovnih linij. Upočasnitev poteka časa glede na hitrost gibanja.

povzetek, dodan 05/10/2009


Koncept disperzije svetlobe. Normalna in nenormalna disperzija. Klasična teorija disperzije. Odvisnost fazne hitrosti svetlobnih valov od njihove frekvence. Razgradnja bele svetlobe z uklonsko mrežico. Razlike v uklonskih in prizmatičnih spektrih.

predstavitev, dodana 3.2.2016


Fotometrična glava. Svetlobni tok in moč svetlobnega vira. Določitev svetlobne jakosti, svetlosti. Načelo fotometrije. Primerjava osvetlitve dveh površin, ki jo ustvarjata proučevana svetlobna vira.

laboratorijske vaje, dodano 3.7.2007


Osnovni principi geometrijske optike. Preučevanje zakonitosti širjenja svetlobne energije v prozornih medijih na podlagi koncepta svetlobnega žarka. Astronomske in laboratorijske metode za merjenje hitrosti svetlobe, upoštevanje zakonov njenega loma.

predstavitev, dodana 05.07.2012


Spektralne meritve jakosti svetlobe. Študij sipanja svetlobe v magnetnih koloidih kobaltovega ferita in magnetita v kerozinu. Krivulje zmanjšanja jakosti razpršene svetlobe skozi čas po izklopu električnega in magnetnega polja.

članek, dodan 19.03.2007


Teoretične osnove optično-elektronskih naprav. Kemijsko delovanje svetlobe. Fotoelektrični, magnetnooptični, elektrooptični učinki svetlobe in njihova uporaba. Comptonov učinek. Ramanov učinek. Rahel pritisk. Kemijsko delovanje svetlobe in njena narava.

povzetek, dodan 11. 2. 2008


Valovna teorija svetlobe in Huygensov princip. Pojav svetlobne interference kot prostorske prerazporeditve svetlobne energije med superpozicijo svetlobnih valov. Koherenčni in monokromatski svetlobni tokovi. Valovne lastnosti svetlobe in pojem valovnega niza.

Leta 1676 je danski astronom Ole Römer naredil prvo grobo oceno hitrosti svetlobe. Roemer je opazil rahlo neskladje v trajanju mrkov Jupitrovih lun in ugotovil, da je gibanje Zemlje, bodisi približevanje ali oddaljevanje od Jupitra, spremenilo razdaljo, ki jo je morala prepotovati svetloba, odbita od lun.

Z merjenjem velikosti tega neskladja je Roemer izračunal, da je hitrost svetlobe 219.911 kilometrov na sekundo. V kasnejšem poskusu leta 1849 je francoski fizik Armand Fizeau ugotovil, da je hitrost svetlobe 312.873 kilometrov na sekundo.

Kot je prikazano na zgornji sliki, je Fizeaujevo eksperimentalno postavitev sestavljal vir svetlobe, prosojno ogledalo, ki odseva le polovico svetlobe, ki pada nanj, preostanek pa omogoča, da prehaja skozi vrteče se orodje in mirujoče ogledalo. Ko je svetloba zadela prosojno ogledalo, se je odbila na zobnik, ki je svetlobo razdelil na žarke. Po prehodu skozi sistem leč za fokusiranje se je vsak svetlobni žarek odbil od mirujočega zrcala in vrnil nazaj na zobnik. Z natančnimi meritvami hitrosti, pri kateri je zobnik blokiral odbite žarke, je Fizeau lahko izračunal hitrost svetlobe. Njegov kolega Jean Foucault je to metodo leto pozneje izboljšal in ugotovil, da je hitrost svetlobe 297.878 kilometrov na sekundo. Ta vrednost se malo razlikuje od sodobne vrednosti 299.792 kilometrov na sekundo, ki se izračuna z množenjem valovne dolžine in frekvence laserskega sevanja.

Fizeaujev poskus

Kot je prikazano na zgornjih slikah, potuje svetloba naprej in se vrača nazaj skozi isto režo med zobmi kolesa, ko se kolo vrti počasi (spodnja slika). Če se kolo vrti hitro (zgornja slika), sosednji zobnik blokira povratno svetlobo.

Fizeaujevi rezultati

S postavitvijo zrcala 8,64 kilometra od zobnika je Fizeau ugotovil, da je hitrost vrtenja zobnika, potrebna za blokiranje povratnega svetlobnega žarka, 12,6 vrtljajev na sekundo. Ker je poznal te številke, pa tudi razdaljo, ki jo je prepotovala svetloba, in razdaljo, ki jo je moral prehoditi zobnik, da je blokiral svetlobni žarek (enaka širini reže med zobmi kolesa), je izračunal, da je svetlobni žarek potreboval 0,000055 sekunde za prevoženo razdaljo od prestave do ogledala in nazaj. Če s tem časom delimo skupno razdaljo 17,28 kilometrov, ki jo je prepotovala svetloba, je Fizeau dobil vrednost za njeno hitrost 312873 kilometrov na sekundo.

Foucaultov poskus

Leta 1850 je francoski fizik Jean Foucault izboljšal Fizeaujevo tehniko z zamenjavo zobnika z vrtljivim ogledalom. Svetloba iz vira je dosegla opazovalca šele, ko je ogledalo v časovnem intervalu med odhodom in povratkom svetlobnega žarka opravilo polni 360° obrat. S to metodo je Foucault dobil vrednost za svetlobno hitrost 297878 kilometrov na sekundo.

Zadnji akord pri merjenju svetlobne hitrosti.

Izum laserjev je fizikom omogočil merjenje hitrosti svetlobe z veliko večjo natančnostjo kot kdaj koli prej. Leta 1972 so znanstveniki na Nacionalnem inštitutu za standarde in tehnologijo natančno izmerili valovno dolžino in frekvenco laserskega žarka ter zabeležili hitrost svetlobe, produkt teh dveh spremenljivk, na 299.792.458 metrov na sekundo (186.282 milj na sekundo). Ena od posledic te nove meritve je bila odločitev Generalne konference za uteži in mere, da kot standardni meter (3,3 čevljev) sprejme razdaljo, ki jo svetloba prepotuje v 1/299.792.458 sekunde. Tako je hitrost svetlobe, najpomembnejša temeljna konstanta v fiziki, zdaj izračunana z zelo visoko zanesljivostjo, referenčni meter pa je mogoče določiti veliko natančneje kot kdaj koli prej.