Işığın hızı nasıl ölçüldü ve gerçek değeri nedir? Işık hızı ilk ne zaman ölçüldü? Hangi bilim adamı ışığın hızını ölçmeyi başardı?

Sıradan yaşamda ışığın hızını hesaplamak zorunda olmasak da, çoğu kişi çocukluğundan beri bu miktarla ilgileniyor.

Fırtına sırasında şimşekleri izleyen her çocuk muhtemelen şimşekle gök gürültüsü arasındaki gecikmeye neyin sebep olduğunu anlamaya çalışmıştır. Açıkçası, ışık ve sesin farklı hızları vardır. Bu neden oluyor? Işığın hızı nedir ve nasıl ölçülebilir?

Bilimde ışığın hızı, ışınların havada veya boşlukta hareket etme hızıdır. Işık, insan gözünün algıladığı elektromanyetik radyasyondur. Hızını doğrudan etkileyen her ortamda hareket edebiliyor.

Bu miktarı ölçmeye yönelik girişimler eski çağlardan beri yapılmaktadır. Antik çağ bilim adamları ışığın hızının sonsuz olduğuna inanıyorlardı. Aynı görüş 16. ve 17. yüzyıllardaki fizikçiler tarafından da dile getirildi, ancak o zaman bile Robert Hooke ve Galileo Galilei gibi bazı araştırmacılar sonluluğu varsaydılar.

Işık hızı araştırmalarında büyük bir atılım, Jüpiter'in uydusu Io'nun tutulmasının ilk hesaplamalara göre gecikmesine ilk dikkat çeken Danimarkalı gökbilimci Olaf Roemer sayesinde gerçekleşti.

Daha sonra bilim adamı, yaklaşık hız değerini saniyede 220 bin metre olarak belirledi. İngiliz gökbilimci James Bradley, hesaplamalarında biraz yanılmış olsa da bu değeri daha doğru hesaplayabildi.


Daha sonra farklı ülkelerden bilim adamları tarafından ışığın gerçek hızını hesaplamaya yönelik girişimlerde bulunuldu. Bununla birlikte, ancak 1970'lerin başında, kararlı bir radyasyon frekansına sahip lazerlerin ve ustaların ortaya çıkmasıyla araştırmacılar doğru bir hesaplama yapabildiler ve 1983'te bağıl hata için korelasyon içeren modern değer alındı. esas olarak.

Kendi sözlerinizle ışığın hızı nedir?

Basit bir ifadeyle ışık hızı, güneş ışınının belirli bir mesafeyi kat etmesi için gereken süredir. Zaman birimi olarak saniyeyi, mesafe birimi olarak da metreyi kullanmak gelenekseldir. Fizik açısından ışık, belirli bir ortamda sabit bir hıza sahip olan eşsiz bir olgudur.

Bir kişinin 25 km/saat hızla koştuğunu ve 26 km/saat hızla giden bir arabaya yetişmeye çalıştığını varsayalım. Arabanın koşucudan 1 km/saat daha hızlı hareket ettiği ortaya çıktı. Işıkla her şey farklıdır. Arabanın ve kişinin hareket hızı ne olursa olsun, ışın onlara göre daima sabit bir hızla hareket edecektir.

Işığın hızı büyük ölçüde ışınların yayıldığı maddeye bağlıdır. Boşlukta sabit bir değere sahiptir, ancak şeffaf bir ortamda farklı göstergelere sahip olabilir.

Havada veya suda değeri her zaman vakumdakinden daha azdır. Örneğin nehirlerde ve okyanuslarda ışığın hızı, uzaydaki hızın yaklaşık ¾'ü kadardır ve 1 atmosfer basınçtaki havada, vakumdakinden %2 daha azdır.


Bu olay, ışınların şeffaf uzayda emilmesi ve yüklü parçacıklar tarafından yeniden yayılmasıyla açıklanmaktadır. Etkiye kırılma denir ve teleskopların, dürbünlerin ve diğer optik ekipmanların üretiminde aktif olarak kullanılır.

Belirli maddeleri dikkate alırsak, damıtılmış suda ışığın hızı saniyede 226 bin kilometre, optik camda ise saniyede yaklaşık 196 bin kilometredir.

Işığın boşluktaki hızı nedir?

Boşlukta ışığın saniyedeki hızı 299.792.458 metrelik sabit bir değere sahiptir, yani 299 bin kilometrenin biraz üzerindedir. Modern görüşe göre bu nihaidir. Yani hiçbir parçacık, hiçbir gök cismi, ışığın uzayda geliştiği hıza ulaşamaz.

Süpermen'in ortaya çıkıp büyük bir hızla uçacağını varsaysak bile ışın yine de ondan daha büyük bir hızla kaçacaktır.

Her ne kadar ışık hızı boşlukta ulaşılabilecek maksimum hız olsa da, daha hızlı hareket eden nesnelerin de olduğuna inanılmaktadır.

Örneğin, güneş ışınları, gölgeler veya dalgalardaki salınım aşamaları bunu yapabilir, ancak bir uyarıyla - süper hız geliştirseler bile, enerji ve bilgi, hareketlerinin yönü ile çakışmayan bir yönde iletilecektir.


Şeffaf ortama gelince, Dünya'da ışıktan daha hızlı hareket etme yeteneğine sahip nesneler var. Örneğin, camdan geçen bir ışının hızı yavaşlarsa, elektronların hareket hızı sınırlı değildir, dolayısıyla cam yüzeylerden geçerken ışıktan daha hızlı hareket edebilirler.

Bu olguya Vavilov-Çerenkov etkisi denir ve çoğunlukla nükleer reaktörlerde veya okyanusların derinliklerinde gözlemlenir.

Işığın boşluktaki hızı “saniyede tam olarak 299.792.458 metredir.” Bugün bu rakamı doğru bir şekilde adlandırabiliriz çünkü ışığın boşluktaki hızı, lazer kullanılarak ölçülen evrensel bir sabittir.

Bu aracı bir deneyde kullanmaya gelince, sonuçlarla tartışmak zordur. Işık hızının neden böyle bir tam sayı ile ölçüldüğüne gelince, bu şaşırtıcı değil: Bir metrenin uzunluğu şu sabit kullanılarak belirlenir: “Işığın boşlukta 1 zaman aralığında kat ettiği yolun uzunluğu /299.792.458 saniye.”

Birkaç yüz yıl önce, ışık hızının sınırının olmadığı, aslında çok yüksek olduğu düşünülüyordu ya da en azından varsayılmıştı. Cevap, Justin Bieber'ın kız arkadaşı olup olmayacağını belirleyecek olsaydı, modern bir genç bu soruyu şu şekilde yanıtlardı: "Işık hızı, evrendeki en hızlı şeyden biraz daha yavaştır."

Işık hızının sonsuzluğu sorusunu ilk ele alan kişi, MÖ 5. yüzyılda filozof Empedokles'ti. Bir yüzyıl sonra Aristoteles, Empedokles'in ifadesine karşı çıkacak ve tartışma 2000 yıldan fazla sürecekti.

Hollandalı bilim adamı Issac Backman, 1629'da ışığın herhangi bir hızı olup olmadığını test etmek için gerçek bir deney yapan bilinen ilk bilim adamıydı. Lazerin icadından çok uzak bir yüzyılda yaşayan Backman, deneyin temelinin herhangi bir kaynaktan patlama olması gerektiğini fark etti ve deneylerinde patlayıcı barut kullandı.

Backman, patlamadan farklı uzaklıklara aynalar yerleştirdi ve daha sonra izleyen insanlara, aynaların her birinde yansıyan ışık parıltısının algılanmasında bir farklılık görüp görmediklerini sordu. Tahmin edebileceğiniz gibi deney "sonuçsuz" kaldı. Benzer, daha ünlü bir deney, ancak patlama kullanılmadan, yalnızca on yıl sonra, 1638'de Galileo Galilei tarafından gerçekleştirilmiş veya en azından icat edilmiş olabilir. Galileo da Backman gibi ışık hızının sonsuz olmadığından şüphelenmiş ve bazı eserlerinde deneyin devamına ancak fenerlerin katılımıyla değinilmiştir. Deneyinde (eğer yaptıysa!) birbirinden bir mil uzakta iki ışık yerleştirdi ve bir gecikme olup olmadığını görmeye çalıştı. Deneyin sonucu da sonuçsuz kaldı. Galileo'nun önerebildiği tek şey, eğer ışık sonsuz değilse çok hızlıydı ve bu kadar küçük ölçekte yapılan deneyler başarısızlığa mahkumdu.

Bu, Danimarkalı gökbilimci Olaf Roemer ışık hızıyla ilgili ciddi deneylere başlayana kadar devam etti. Galileo'nun fener tepesi deneyleri, Roemer'in deneyleriyle karşılaştırıldığında bir lise bilim projesine benziyordu. Deneyin uzayda yapılması gerektiğine karar verdi. Böylece dikkatini gezegenleri gözlemlemeye yoğunlaştırdı ve yenilikçi görüşlerini 22 Ağustos 1676'da sundu.

Özellikle Jüpiter'in uydularından birini incelerken Roemer, tutulmalar arasındaki sürenin yıl boyunca değiştiğini fark etti (Jüpiter'in Dünya'ya doğru mu yoksa Dünya'dan uzağa mı hareket ettiğine bağlı olarak). Bununla ilgilenen Roemer, gözlemlediği ay Io'nun görüş alanına girdiği zamanları dikkatle not etti ve bu zamanları normalde beklendiği zamanlarla karşılaştırdı. Bir süre sonra Roemer, Dünya Güneş'in etrafında dönerken Jüpiter'den uzaklaştıkça, Io'nun görüş alanına girdiği zamanın daha önce kayıtlarda belirtilen zamanın çok daha gerisinde kalacağını fark etti. Roemer (doğru bir şekilde), bunun, mesafe arttıkça ışığın Dünya'dan Jüpiter'e olan mesafeyi kat etmesinin daha uzun sürmesi nedeniyle olduğunu teorileştirdi.

Ne yazık ki hesaplamaları 1728 Kopenhag yangınında kayboldu, ancak onun keşfi hakkında çağdaşlarının hikayelerinden ve Roemer'in hesaplamalarını çalışmalarında kullanan diğer bilim adamlarının raporlarından büyük miktarda bilgiye sahibiz. Bunların özü, Roemer'in, Dünya'nın çapı ve Jüpiter'in yörüngesi ile ilgili birçok hesaplama sonucunda, ışığın, Dünya'nın Güneş etrafındaki yörüngesinin çapına eşit bir mesafeyi kat etmesinin yaklaşık 22 dakika süreceği sonucuna varabilmesidir. Christiaan Huygens daha sonra bu hesaplamaları daha anlaşılır rakamlara dönüştürerek Roemer'in ışığın saniyede yaklaşık 220.000 kilometre yol kat ettiğini tahmin ettiğini gösteriyor. Bu rakam hâlâ modern verilerden çok farklı ama bunlara kısa süre içinde döneceğiz.

Roemer'in üniversitedeki meslektaşları teorisiyle ilgili endişelerini dile getirdiğinde Roemer onlara sakin bir şekilde 9 Kasım 1676'daki tutulmanın 10 dakika sonra gerçekleşeceğini söyledi. Bu olduğunda şüpheciler hayrete düştü çünkü gök cismi onun teorisini doğruladı.

Roemer'in meslektaşları onun hesaplamaları karşısında son derece hayrete düşmüşlerdi; çünkü lazerlerin ve İnternet'in icat edilmesinden 300 yıl önce yapıldığı göz önüne alındığında, ışık hızına ilişkin tahmini bugün bile şaşırtıcı derecede doğru kabul ediliyor. Her ne kadar o zamanki bilim ve teknoloji durumu dikkate alındığında 80.000 kilometre çok yavaş olsa da ortaya çıkan sonuç gerçekten etkileyici. Üstelik Roemer yalnızca kendi tahminlerine güveniyordu.

Daha da şaşırtıcı olanı, hızın çok düşük olmasının nedeni Roemer'in hesaplamalarında değil, hesaplamaları yaptığı sırada Dünya ve Jüpiter'in yörüngeleri hakkında doğru verilerin bulunmamasından kaynaklanıyordu. Bu, bilim adamının yalnızca diğer bilim adamlarının kendisi kadar akıllı olmadığı için hata yaptığı anlamına gelir. Yani mevcut modern verileri onun yaptığı orijinal hesaplamalara koyarsanız ışık hızı hesaplamaları doğrudur.

Hesaplamalar teknik olarak hatalı olmasına ve James Bradley'nin 1729'da ışık hızının daha doğru bir tanımını bulmasına rağmen Roemer, ışık hızının belirlenebileceğini kanıtlayan ilk kişi olarak tarihe geçti. Bunu, Dünya'dan yaklaşık 780 milyon kilometre uzakta bulunan dev bir gaz topunun hareketini gözlemleyerek yaptı.

İyi çalışmanızı bilgi tabanına göndermek basittir. Aşağıdaki formu kullanın

Bilgi tabanını çalışmalarında ve çalışmalarında kullanan öğrenciler, lisansüstü öğrenciler, genç bilim insanları size çok minnettar olacaklardır.

http://www.allbest.ru/ adresinde yayınlandı

Işık hızı ve bunu belirleme yöntemleri

Plan

giriiş

1. Işık hızını ölçmek için astronomik yöntemler

1.1 Roemer'in yöntemi

1.2 Işık sapması yöntemi

1.3 Kesinti yöntemi (Fizeau yöntemi)

1.4 Dönen ayna yöntemi (Foucault yöntemi)

1.5 Michelson yöntemi

giriiş

Işık hızı, temel olarak adlandırılan en önemli fiziksel sabitlerden biridir. Bu sabit hem teorik hem de deneysel fizikte ve ilgili bilimlerde özel bir öneme sahiptir. Radyo ve ışık konumlarında, Dünya'dan diğer gezegenlere olan mesafeleri ölçerken, uyduları ve uzay araçlarını kontrol ederken ışık hızının kesin değerinin bilinmesi gerekir. Işık hızının belirlenmesi optik, özellikle de hareketli ortamların optiği ve genel olarak fizik açısından çok önemlidir. Işığın hızını belirleme yöntemlerini tanıyalım.

1. Işık hızını ölçmek için astronomik yöntemler

1.1 Roemer'in yöntemi

Işık hızının ilk ölçümleri astronomik gözlemlere dayanıyordu. Işık hızının modern değerine yakın, güvenilir bir değeri ilk kez 1676'da Roemer tarafından Jüpiter gezegeninin uydularının tutulmalarını gözlemlerken elde edildi.

Bir ışık sinyalinin gök cisminden Dünya'ya gitme süresi mesafeye bağlıdır L armatürün yeri. Bazı gök cisimlerinde meydana gelen bir olay, ışığın armatürden Dünya'ya geçiş zamanına eşit bir gecikmeyle gözlenir:

Nerede İle- ışık hızı.

Dünya'dan uzak bir sistemde meydana gelen herhangi bir periyodik süreci gözlemlersek, o zaman Dünya ile sistem arasında sabit bir mesafe varken, bu gecikmenin varlığı gözlemlenen sürecin periyodunu etkilemeyecektir. Dönem boyunca Dünya sistemden uzaklaşırsa veya ona yaklaşırsa, ilk durumda dönemin sonu başlangıcından daha büyük bir gecikmeyle kaydedilecek ve bu da dönemde belirgin bir artışa yol açacaktır. İkinci durumda ise tam tersine sürenin sonu, başlangıcından daha az gecikmeyle kaydedilecek ve bu da sürenin belirgin bir şekilde azalmasına yol açacaktır. Her iki durumda da periyotta görünen değişim, periyodun başında ve sonunda dünya ile sistem arasındaki mesafe farkının ışık hızına oranına eşittir.

Yukarıdaki düşünceler Römer'in yönteminin temelini oluşturur.

Roemer, yörünge süresi 42 saat 27 dakika 33 saniye olan Io uydusunun gözlemlerini gerçekleştirdi.

Dünya yörüngesinin bir kısmı boyunca hareket ettiğinde e 1 e 2 e 3 Jüpiter'den uzaklaşıyor ve periyotta bir artış gözlemlenmesi gerekiyor. Bölgede dolaşırken e 3 e 4 e 1 gözlemlenen süre gerçek olandan daha az olacaktır. Bir dönemdeki değişim küçük olduğundan (yaklaşık 15 saniye), etki ancak uzun bir süre boyunca yapılan çok sayıda gözlemle tespit edilebilir. Örneğin, tutulmaları Dünya'ya karşıtlık anından başlayarak altı ay boyunca gözlemlerseniz (nokta e 1 ) “bağlantı” anına kadar (nokta e 3 ), bu durumda ilk ve son tutulmalar arasındaki zaman aralığı teorik olarak hesaplanandan 1320 saniye daha uzun olacaktır. Tutulma periyodunun teorik hesaplaması karşı tarafa yakın yörünge noktalarında gerçekleştirildi. Dünya ile Jüpiter arasındaki mesafenin pratikte zamanla değişmediği yer.

Ortaya çıkan tutarsızlık yalnızca Dünya'nın altı ay içinde o noktadan hareket etmesiyle açıklanabilir. e 1 Kesinlikle e 3 ve yarı yılın sonunda ışık, parçanın boyutuna göre başlangıçta olduğundan daha büyük bir yol kat etmek zorundadır e 1 e 3 , dünyanın yörüngesinin çapına eşittir. Böylece belirli bir süre için algılanamayan gecikmeler birikerek ortaya çıkan gecikmeyi oluşturur. Roemer'in belirlediği gecikme değeri 22 dakikaydı. Dünyanın yörüngesinin çapını km'ye eşitlersek ışık hızı için 226.000 km/s değerini elde edebiliriz.

Roemer'in ölçümlerine göre belirlenen ışık hızının modern değerden daha düşük olduğu ortaya çıktı. Daha sonra, gecikme süresinin 16,5 dakika olduğu, yani 301000 km/s ışık hızına karşılık gelen tutulmaların daha doğru gözlemleri yapıldı.

1.2 Işık sapması yöntemi

ışık hızı ölçümü astronomik

Dünyadaki bir gözlemci için yıldıza bakış açısının yönü, bu yön yılın farklı zamanlarında belirlenirse, yani Dünya'nın yörüngesindeki konumuna bağlı olarak farklı olacaktır. Herhangi bir yıldızın yönü altı aylık aralıklarla belirleniyorsa, yani Dünya, Dünya yörüngesinin çapının zıt uçlarında olduğunda, ortaya çıkan iki yön arasındaki açıya yıllık paralaks adı verilir (Şekil 2). Bir yıldız ne kadar uzaktaysa paralaks açısı o kadar küçüktür. Çeşitli yıldızların paralaks açılarını ölçerek bu yıldızların gezegenimize uzaklığını belirlemek mümkündür.

1725-1728'de İngiliz gökbilimci Bradley James, sabit yıldızların yıllık paralaksını ölçtü. Draco takımyıldızındaki yıldızlardan birini gözlemlerken, onun konumunun yıl boyunca değiştiğini keşfetti. Bu süre zarfında açısal boyutları 40,9” olan küçük bir daire tanımladı. Genel durumda, Dünya'nın yörüngesel hareketinin bir sonucu olarak yıldız, ana ekseni aynı açısal boyutlara sahip bir elips şeklindedir. Ekliptik düzlemde yatan yıldızlar için elips düz bir çizgiye, direğin yakınında yatan yıldızlar için ise bir daireye dönüşür. (Ekliptik, Güneş'in görünür yıllık hareketinin meydana geldiği gök küresinin büyük dairesidir.)

Bradley tarafından ölçülen yer değiştirme miktarı, beklenen paralaktik yer değiştirmeden önemli ölçüde daha fazlaydı. Bradley bu fenomeni ışığın sapması olarak adlandırdı ve bunu ışığın sonlu hızıyla açıkladı. Teleskop merceğine düşen ışığın mercekten göz merceğine yayıldığı kısa süre içerisinde, Dünya'nın yörünge hareketinin bir sonucu olarak mercek çok küçük bir parça kadar kayar (Şekil 3). Sonuç olarak yıldızın görüntüsü bir parça kayacak A. Teleskobu tekrar yıldıza doğrulturken, yıldızın görüntüsünün tekrar göz merceğindeki artı işaretinin merkeziyle çakışması için Dünya'nın hareketi yönünde hafifçe eğilmesi gerekecektir.

Teleskobun eğim açısı b'ye eşit olsun. Işığın bir segmenti kat etmesi için gereken süreyi gösterelim V Teleskop merceğinden göz merceğine olan mesafeye eşit olan f'ye eşittir. Daha sonra segment ve

Bradley'nin ölçümlerinden, Dünya'nın aynı yörünge çapı üzerinde bulunan iki konumunda, yıldızın gerçek konumundan aynı açıyla ayrılmış gibi göründüğü biliniyordu. Bu gözlem yönleri arasındaki açı, Dünya'nın yörüngedeki hızı bilindiğinde ışığın hızının bulunabileceği yer. Bradley aldı İle= 306000 km/s.

Işık sapması olgusunun, yıl boyunca Dünya'nın hızının yönündeki bir değişiklikle ilişkili olduğu unutulmamalıdır. Bu olgunun açıklaması ışığın tanecikli kavramlarına dayanmaktadır. Işık sapmasını dalga teorisi açısından ele almak daha karmaşıktır ve Dünya'nın hareketinin ışığın yayılması üzerindeki etkisi sorusuyla ilişkilidir.

Roemer ve Bradley, büyük önem taşımasına rağmen ışık hızının sonlu olduğunu gösterdiler. Işık teorisinin daha da geliştirilmesi için, ışık hızının hangi parametrelere bağlı olduğunu ve ışık bir ortamdan diğerine geçerken nasıl değiştiğini belirlemek önemliydi. Bunu yapabilmek için karasal kaynaklardan gelen ışığın hızını ölçecek yöntemler geliştirmek gerekiyordu. Bu tür deneylere yönelik ilk girişimler 19. yüzyılın başında yapıldı.

1.3 Kesinti yöntemi (Fizeau yöntemi)

Karasal kaynaklardan gelen ışığın hızını belirlemeye yönelik ilk deneysel yöntem, 1449'da Fransız fizikçi Armand Hippolyte Louis Fizeau tarafından geliştirildi. Deney şeması Şekil 2'de gösterilmektedir. .4.

Bir kaynaktan yayılan ışık S yarı saydam bir plakadan kısmen yansıtılmış R ve aynaya gider M. Kirişin yolunda bir ışık kesici var - bir dişli çark İLE, kimin ekseni OO"ışına paralel. Işık ışınları dişlerin arasındaki boşluklardan geçerek ayna tarafından yansıtılır. M ve dişli ve plaka aracılığıyla geri gönderilir R gözlemciye.

Tekerlek yavaşça döndüğünde İLE dişlerin arasındaki boşluktan geçen ışık, aynı aralıktan geri dönmeyi başararak bakan kişinin gözüne girer. Işınların yolunun bir dişle kesiştiği anlarda ışık gözlemciye ulaşmaz. Böylece düşük açısal hızda gözlemci titreyen ışığı algılar. Tekerleğin dönüş hızını arttırırsanız, belirli bir değerde dişlerin arasındaki bir boşluktan geçerek aynaya ulaşıp geri dönen ışık aynı boşluğa düşmeyecektir. D ancak şu anda boşluğun yerini almış bir diş tarafından bloke edilecektir. D. Sonuç olarak açısal hızda gözlemcinin gözüne aralıktan hiçbir ışık girmeyecektir. D veya sonrakilerin hepsinden (ilk kararma). Diş sayısını alırsak P, kaydırıcıdaki tekerleğin dönme süresi şuna eşittir:

Işığın tekerlekten aynaya kadar olan mesafeyi kat etmesi için geçen süre M ve tam tersi eşittir

Nerede ben- aynadan (tabandan) tekerleğe olan mesafe. Bu iki zaman aralığını eşitleyerek ilk kararmanın meydana geldiği koşulu elde ederiz:

ışığın hızını nerede belirleyebilirsiniz:

saniyedeki devir sayısı nerede.

Fizeau kurulumunda taban 8,63 km, tekerlekteki diş sayısı 720 olup ilk kararma 12,6 rps frekansında gerçekleşmiştir. Tekerleğin hızını iki katına çıkarırsanız, daha parlak bir görüş alanı gözlemlenir; dönüş hızı üç katına çıktığında tekrar karanlık meydana gelir, vb. Fizeau'nun hesapladığı ışığın hızı 313300 km/s'dir.

Bu tür ölçümlerin asıl zorluğu kararma anını doğru bir şekilde belirlemektir. Doğruluk, hem daha büyük tabanlarla hem de daha yüksek düzeydeki karartmaların gözlemlenmesine olanak tanıyan kesinti oranlarıyla artar. Böylece Perrotin 1902 yılında 46 km taban uzunluğunda ölçümler yapmış ve ışık hızı için 29987050 km/s değerini elde etmiştir. Çalışma, yüksek kaliteli optikler kullanılarak son derece temiz deniz havasında gerçekleştirildi.

Dönen bir tekerlek yerine, bir ışık ışınını saniyede 107 kez kesmek için kullanılabilen Kerr hücresi gibi daha gelişmiş diğer ışık kesintisi yöntemleri kullanılabilir. Bu durumda tabanı önemli ölçüde azaltabilirsiniz. Böylece Anderson'un (1941) Kerr hücreli ve fotoelektrik kayıtlı kurulumunda taban yalnızca 3 m idi. İle= 29977614 km/sn.

1.4 Dönen ayna yöntemi (Foucault yöntemi)

1862 yılında Foucault tarafından geliştirilen ışık hızının belirlenmesine yönelik yöntem, ilk laboratuvar yöntemlerine atfedilebilir. Bu yöntemi kullanarak Foucault, kırılma indisinin geçerli olduğu ortamdaki ışığın hızını ölçtü. N>1 .

Foucault kurulumunun şeması Şekil 2'de gösterilmektedir. 5.

Kaynaktan gelen ışık S yarı saydam bir plakadan geçer R, lens L ve düz bir aynanın üzerine düşüyor M1, kendi ekseni etrafında dönebilen HAKKINDA, çizim düzlemine dik. Aynadan yansıdıktan sonra M1 sabit bir içbükey aynaya bir ışık demeti yönlendirilir M2 Bu ışın her zaman yüzeyine dik düşecek ve aynı yol boyunca aynaya yansıtılacak şekilde yerleştirilmiştir. M1 . Eğer ayna M1 hareketsizse, ondan yansıyan ışın orijinal yolu boyunca plakaya geri dönecektir R, kaynağın bir görüntüsünü verecek şekilde kısmen yansıtılmış S noktada S1 .

Ayna döndüğünde M1 ışığın seyahat etmesi için gereken süre boyunca 2 ben her iki ayna arasında geri döner (), açısal hızla dönen bir ayna M1 bir açıya dönecek

ve Şekil 2'de gösterilen pozisyonu alacaktır. 0,5 noktalı çizgi. Aynadan yansıyan ışın orijinaline göre belli bir açıyla döndürülecek ve o noktada kaynağın görüntüsünü verecektir. S2 . Mesafeyi ölçme S1 S2 ve kurulumun geometrisini bilerek açıyı belirleyebilir ve ışığın hızını hesaplayabilirsiniz:

Dolayısıyla Foucault yönteminin özü, ışığın bir mesafeyi kat etmesi için gereken süreyi doğru bir şekilde ölçmektir. 2 ben. Bu süre aynanın dönme açısına göre tahmin edilir. M1 dönme hızı biliniyor. Dönme açısı yer değiştirme ölçümlerine göre belirlenir S1 S2 . Foucault'nun deneylerinde dönüş hızı 800 rps idi, temel ben 4 ila 20 km arasında değişiyordu. Değer bulundu İle= 298000500 km/sn.

Foucault, enstalasyonunu kullanarak ışığın sudaki hızını ölçen ilk kişiydi. Aynaların arasına içi su dolu bir boru yerleştiren Foucault, kayma açısının * kat arttığını ve dolayısıyla yukarıda yazılan formülle hesaplanan ışığın sudaki yayılma hızının (3/4)'e eşit olduğunu keşfetti. İle. Dalga teorisinin formülleri kullanılarak hesaplanan ışığın sudaki kırılma indisinin eşit olduğu ortaya çıktı ve bu, Snell yasasıyla tamamen tutarlıydı. Böylece, bu deneyin sonuçlarına göre, ışığın dalga teorisinin geçerliliği doğrulanmış ve teorinin lehine olan bir buçuk asırlık tartışma sona ermiştir.

1.5 Michelson yöntemi

1926'da iki dağ zirvesi arasına bir Michelson enstalasyonu yapıldı, böylece bir ışının bir kaynaktan, sekizgen bir ayna prizmasının ilk yüzünden yansımalarından sonra görüntüsüne kadar kat ettiği mesafe hesaplandı. M2 - M7 beşinci yüz ise yaklaşık 35,4 km idi. Prizmanın dönüş hızı (yaklaşık 528 rps), ışığın birinci yönden beşinciye yayılması sırasında prizmanın bir devrimin 1/8'i kadar dönme zamanı olacak şekilde seçildi. Tavşanın yanlış seçilmiş bir hızda olası yer değiştirmesi düzeltme rolünü oynadı. Bu deneyde belirlenen ışık hızının 2997964 km/s olduğu ortaya çıktı.

Diğer yöntemlerin yanı sıra, 1972'de ışığın dalga boyunu ve frekansını bağımsız olarak belirleyerek ışık hızının ölçülmesini not ediyoruz. Işık kaynağı, 3,39 μm'de radyasyon üreten bir helyum-neon lazeriydi. Bu durumda dalga boyu, kriptonun turuncu radyasyonunun standart uzunluğu ile interferometrik karşılaştırma kullanılarak ölçüldü ve frekans, radyo mühendisliği yöntemleri kullanılarak ölçüldü. Işık hızı

bu yöntemle belirlenen hız 299792.45620.001 km/s idi. Yöntemin yazarları, uzunluk ve zaman standartlarının ölçümlerinin tekrarlanabilirliğinin iyileştirilmesiyle elde edilen doğruluğun artırılabileceğine inanmaktadır.

Sonuç olarak, ışığın hızını belirlerken grup hızının ölçüldüğünü not ediyoruz. Ve, bu yalnızca vakum için birinci aşamaya denk gelir.

Allbest.ru'da yayınlandı

Benzer belgeler

Dört boyutlu uzayın fiziksel zamana ve üç boyutlu uzaya bölünmesi. Işık hızının sabitliği ve izotropisi, eşzamanlılığın tanımı. Işık hızının anizotropi varsayımı altında Sagnac etkisinin hesaplanması. NUT parametresinin özelliklerinin incelenmesi.

makale, 22.06.2015 eklendi


Görünür radyasyon ve ısı transferi. Doğal, yapay ışıldayan ve termal ışık kaynakları. Işığın yansıması ve kırılması. Gölge, yarı gölge ve ışık huzmesi. Ay ve güneş tutulmaları. Enerjinin cisimler tarafından emilmesi. Işığın hızını değiştirmek.

sunum, 27.12.2011 eklendi


Işığın iki ortamın sınırına düştüğünde dönüşümü: yansıma (saçılma), iletim (kırılma), soğurma. Maddelerde ışık hızının değişim faktörleri. Polarizasyon belirtileri ve ışığın girişimi. Yansıyan ışığın yoğunluğu.

sunum, 26.10.2013 eklendi


Uzay ve zaman kavramının gelişimi. Bilim kurgu paradigması. Görelilik ilkesi ve korunum yasaları. Işığın mutlak hızı. Kapalı dünya çizgilerinin paradoksu. Hareketin hızına bağlı olarak zamanın geçişini yavaşlatmak.

özet, 05/10/2009 eklendi


Işık dağılımı kavramı. Normal ve anormal dağılım. Klasik dağılım teorisi. Işık dalgalarının faz hızının frekanslarına bağımlılığı. Beyaz ışığın kırınım ızgarası ile ayrıştırılması. Kırınım ve prizmatik spektrumlardaki farklılıklar.

sunum, eklendi: 03/02/2016


Fotometrik kafa cihazı. Işık kaynağının ışık akısı ve gücü. Işık şiddetinin, parlaklığının belirlenmesi. Fotometri prensibi. İncelenen ışık kaynaklarının oluşturduğu iki yüzeyin aydınlatmasının karşılaştırılması.

laboratuvar çalışması, eklendi 03/07/2007


Geometrik optiğin temel prensipleri. Işık huzmesi kavramına dayalı olarak şeffaf ortamda ışık enerjisinin yayılma yasalarının incelenmesi. Işığın hızını ölçmek için astronomik ve laboratuvar yöntemleri, kırılma yasalarının dikkate alınması.

sunum, 05/07/2012 eklendi


Işık yoğunluğunun spektral ölçümleri. Gazyağı içindeki kobalt ferrit ve manyetitin manyetik kolloidlerinde ışık saçılımının incelenmesi. Elektrik ve manyetik alanların kapatılmasından sonra zaman içinde saçılan ışık yoğunluğundaki azalmanın eğrileri.

makale, 19.03.2007 eklendi


Optik-elektronik cihazların teorik temelleri. Işığın kimyasal etkisi. Işığın fotoelektrik, magneto-optik, elektro-optik etkileri ve uygulamaları. Compton etkisi. Raman etkisi. Hafif basınç. Işığın kimyasal etkileri ve doğası.

özet, 11/02/2008 eklendi


Işığın dalga teorisi ve Huygens ilkesi. Işık dalgalarının üst üste binmesi sırasında ışık enerjisinin mekansal yeniden dağıtımı olarak ışık girişimi olgusu. Tutarlılık ve tek renkli ışık akıları. Işığın dalga özellikleri ve dalga katarı kavramı.

1676'da Danimarkalı gökbilimci Ole Römer, ışığın hızına ilişkin ilk kaba tahminde bulundu. Roemer, Jüpiter'in uydularının tutulma süreleri arasında hafif bir farklılık fark etti ve Dünya'nın Jüpiter'e yaklaşması veya Jüpiter'den uzaklaşması hareketinin, uydulardan yansıyan ışığın kat etmesi gereken mesafeyi değiştirdiği sonucuna vardı.

Roemer bu tutarsızlığın büyüklüğünü ölçerek ışığın hızının saniyede 219.911 kilometre olduğunu hesapladı. Daha sonra 1849'da yapılan bir deneyde Fransız fizikçi Armand Fizeau ışığın hızının saniyede 312.873 kilometre olduğunu buldu.

Yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi, Fizeau'nun deney düzeneği bir ışık kaynağından, üzerine düşen ışığın yalnızca yarısını yansıtan, geri kalan kısmının dönen bir dişli çarktan ve sabit bir aynadan geçmesine izin veren yarı saydam bir aynadan oluşuyordu. Işık yarı saydam aynaya çarptığında, ışığı ışınlara bölen bir dişli çark üzerine yansıyordu. Odaklama mercekleri sisteminden geçtikten sonra, her bir ışık hüzmesi sabit bir aynadan yansıyor ve dişli çarka geri dönüyordu. Fizeau, dişli çarkın yansıyan ışınları bloke ettiği hızın hassas ölçümlerini yaparak ışığın hızını hesaplamayı başardı. Meslektaşı Jean Foucault bir yıl sonra bu yöntemi geliştirdi ve ışığın hızının saniyede 297.878 kilometre olduğunu buldu. Bu değer, lazer radyasyonunun dalga boyu ve frekansının çarpılmasıyla hesaplanan saniyede 299.792 kilometrelik modern değerden çok az farklıdır.

Fizeau'nun deneyi

Yukarıdaki resimlerde görüldüğü gibi, tekerlek yavaşça döndüğünde ışık, tekerleğin dişleri arasındaki aynı boşluktan ileri doğru gider ve geri döner (alttaki resim). Eğer tekerlek hızla dönüyorsa (üstteki resim), bitişikteki dişli çark geri dönen ışığı engeller.

Fizeau'nun sonuçları

Fizeau, aynayı dişliden 8,64 kilometre uzağa yerleştirerek, geri dönen ışık ışınını engellemek için gereken dişlinin dönüş hızının saniyede 12,6 devir olduğunu belirledi. Bu rakamların yanı sıra ışığın kat ettiği mesafeyi ve ışık ışınını engellemek için dişlinin kat etmesi gereken mesafeyi (tekerleğin dişleri arasındaki boşluğun genişliğine eşit) bilerek, ışık ışınının ne kadar yol kat ettiğini hesapladı. Vitesten aynaya ve geriye doğru hareket mesafesi 0,000055 saniyedir. Fizeau, ışığın kat ettiği toplam 17,28 kilometrelik mesafeyi bu süreye bölerek saniyede 312873 kilometrelik hız değerini elde etti.

Foucault'nun deneyi

1850'de Fransız fizikçi Jean Foucault, dişli çarkı dönen bir aynayla değiştirerek Fizeau'nun tekniğini geliştirdi. Kaynaktan gelen ışık, gözlemciye ancak ışık ışınının ayrılışı ve geri dönüşü arasındaki zaman aralığında ayna 360°'lik tam dönüşünü tamamladığında ulaştı. Foucault bu yöntemi kullanarak ışığın hızı için saniyede 297878 kilometrelik bir değer elde etti.

Işık hızını ölçmenin son akoru.

Lazerlerin icadı, fizikçilerin ışık hızını her zamankinden çok daha yüksek bir doğrulukla ölçmelerine olanak sağladı. 1972'de Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü'ndeki bilim adamları, bir lazer ışınının dalga boyunu ve frekansını dikkatlice ölçtüler ve bu iki değişkenin çarpımı olan ışığın hızını saniyede 299.792.458 metre (saniyede 186.282 mil) olarak kaydettiler. Bu yeni ölçümün sonuçlarından biri, Genel Ağırlıklar ve Ölçüler Konferansı'nın, ışığın saniyenin 1/299.792.458'inde kat ettiği mesafeyi standart metre (3,3 feet) olarak benimseme kararıydı. Böylece fizikteki en önemli temel sabit olan ışığın hızı artık çok yüksek bir güvenle hesaplanıyor ve referans ölçer her zamankinden çok daha doğru bir şekilde belirlenebiliyor.