METODY WYZNACZANIA PRĘDKOŚCI ŚWIATŁA

METODY WYZNACZANIA PRĘ DKOĹš CI Ĺš WIATĹ•A.doc
(33 KB) Pobierz
METODY WYZNACZANIA PRĘ DKOĹš CI Ĺš WIATĹ•A
Od wieków panował o przekonanie, şe prędkoś ć ś wiatł a jest nieskoń czona. Skoro
zapalając lampęczy latarkęod razu robi sięjasno, czy gdy otwieramy okno wpuszczając do
pomieszczenia "trochęsł oń ca" bez şadnych opóźnień robi się widno, to dlaczego
Ĺ› wiatĹ‚ o miaĹ‚ oby posiadać jakąŅ prÄ™dkoĹ› ć ? Później zaczÄ™to zdawać sobie
sprawę, şe prędkoś ć taka musi istnieć , oraz şe musi być bardzo duşa. Próbowano
zmierzyć dokł adnie czas, w którym ś wiatł o przebywa duşe odległ oś ci (rzędu kilku
kilometrów). Jednakşe wszystkie te usił owania nie dał y rezultatów. Dopiero duşo później
udał o siępotwierdzić to przekonanie doś wiadczal-nie. Uznaje się, şe pierwszym uczonym,
który stwierdził , şe prędkoś ć ś wiatł a jest skoń czona
byĹ‚ RĂśmer w 1676 roku. Jego doĹ› wiadczenie polegaĹ‚ o na obserwacji ruchu książyca Jowisza.
Po nim do pomiaru wartoś ci prędkoś ci ś wiatł a stosowano takşe wiele innych metod.
1. DoĹ› wiadczenie RĂśmera.
Po raz pierwszy prędkoś ć ś wiatł a wyznaczona został a w roku 1676 przez duń skiego
uczonego Olafa RÜ-mera. RÜmer był astronomem. Pomyś lny wynik jego prac tł umaczymy
wł aś nie tym, şe odległ oś ci między ciał ami, dla których mierzył on prędkoś ć
ś wiatł a, był y bardzo duşe. Był y to bowiem odległ oś ci między pla-netami Ukł adu
SĹ‚ onecznego. RĂśmer obserwowaĹ‚ zać mienia książycĂłw Jowisza - najwiÄ™kszej planety
UkĹ‚ adu SĹ‚ onecznego. Jowisz, w odróşnieniu od Ziemi, ma dwanaĹ› cie książycĂłw. Obiektem
obserwacji RĂśmera byĹ‚ książyc Io. Astronom widziaĹ‚ , jak książyc przesuwaĹ‚ siÄ™na tle
planety, pogrążaĹ‚ w jej cieĹ„ i znikaĹ‚ z pola widzenia. Potem pojawiaĹ‚ siÄ™ ponownie jak nagle
zapalona lampa. Czas, który upł ywał mię-dzy dwoma kolejnymi pojawieniami sięIo zza tarczy
Jowisza był równy 48 godzin i 28 minut. W ten spo-sób księşyc speł niał rolę ogromnego
zegara niebieskiego, który w równych odcinkach czasu przesył ał sygnał y na Ziemię.
Pierwszych pomiarĂłw czasu obiegu książyca dokonaĹ‚ RĂśmer w chwili, kiedy Ziemia, krąşąc
wokół Sł oń ca znajdował a sięnajblişej Jowisza. Podobne pomiary dokonane 6 miesięcy
później, kiedy Ziemia zwiększył a odległ oś ć od Jowisza o odcinek równy ś rednicy swej
orbity, wykazał y nieoczeki-wanie, şe Io wynurzał się z cienia Jowisza o 15 minut później niş
naleşał oby oczekiwać , znając czas jego obiegu. RÜmer wytł umaczył to w następujący
sposób: "Jeś li mógł bym pozostać po przeciwnej stronie orbity ziemskiej, to Io zawsze
wynurzał by się z cienia w przedziwnym czasie; obserwator znajdujący się tam zobaczył by Io
15 minut wcześ niej. W naszym przypadku opóźnienie spowodowane jest tym, şe ś wia-tł o
potrzebuje 15 minut na przebycie drogi dzielÄ…cej miejsca mojej pierwszej i drugiej obserwacji". ZnajÄ…c
opóźnienie pojawiania siÄ™książyca oraz odlegĹ‚ oĹ› ć , ktĂłra to powoduje, moĹźna
wyznaczyć prędkoś ć ś wiatł a dzieląc tę odległ oś ć (ś rednica orbity Ziemi) przez
czas opóźnienia. Jak okazał o się, prędkoś ć ś wiatł a jest niezwykle duşa i wynosi
okoł o 300 000 km/s (przyjmując niedokł adną wówczas wartoś ć ś rednicy orbity Ziemi
RÜmer wyznaczył wartoś ć prędkoś ci ś wiatł a na c = 214 300 km/s). Dlatego teş
niesł ychanie trudno jest zmierzyć czas, w którym ś wiatł o rozchodzi się między dwoma
punktami na Ziemi. Zauwaşamy, şe w ciągu jednej sekundy ś wiatł o przebywa drogę8-krotnie
większąniş dł ugoś ć równika.
2. Koł a zębate Fizeau.
Po raz pierwszy metodą laboratoryjną prędkoś ć ś wiatł a wyznaczona został a w 1849 roku
przez francu-skiego fizyka A. Fizeau. W metodzie Fizeau promienie Ĺ› wietlne przechodzÄ…przez
szczeliny między zę-bami obracającego siękoł a zębatego. Następnie padają na
zwierciadł o umieszczone w odległ oś ci kilku kilometrów od koł a. Po odbiciu sięod
zwierciadł a ś wiatł o powinno ponownie trafić na szczelinęmiędzy zębami koł a. Jeś li
koł o obraca siępowoli, promienie odbite od zwierciadł a moşna zobaczyć . Przy zwięk-szaniu
prędkoś ci obrotowej ś wiatł o powoli zanika. W jaki sposób moşna to wytł umaczyć ? W tym
samym czasie, w którym promień po przejś ciu przez szczelinębiegnie do zwierciadł a i z
powrotem, koĹ‚ o zdąży juĹź obrĂłcić siÄ™ tak, Ĺźe na miejscu szczeliny znajduje siÄ™teraz zÄ…b i
dlatego ś wiatł a nie widzimy. Przy dalszym zwiększaniu prędkoś ci obrotowej ś wiatł o
zaczynamy widzieć ponownie. Teraz, w tym samym czasie, w którym promienie biegnądo
zwierciadł a i z powrotem, koł o obraca siętak szybko, şe na miejscu poprzed-niej szczeliny
pojawia się następna. Znając ten czas oraz odległ oś ć między koł em, a zwierciadł em,
moşna wyznaczyć prędkoś ć ś wiatł a. W doś wiadczeniu Fizeau odległ oś ć wynosił a
8,6 kilometrów. Wyznaczona w tych warunkach wartoś ć prędkoś ci ś wiatł a był a równa c =
315 300 km/s.
3. Wirujące zwierciadł a Foucaulta.
Przyrząd Foucaulta z wirującym zwierciadł em pochodzi z 1850 roku. Skł ada się on ze
źródł a S, pół prze-źroczystego posrebrzanego zwierciadł a M1, wirującego zwierciadł a R
oraz zwierciadł a sferycznego M2. Wiązka biegnie ze źródł a S do M2. Gdy zwierciadł o R jest w
spoczynku to wiązka ś wiatł a biegnąca ze źródł a S przez M1 i R do M2 wraca po odbiciu tą
samądrogądo M1 i jest widziana w punkcie obserwacyj-nym O. Jeś li zwierciadł o R wiruje, to
ś wiatł o biegnące ze źródł a S przez R do M2, po odbiciu od M2 powra-ca do wirującego
zwierciadł a, gdy jest ono juş w nowym poł oşeniu R'. Obserwator O widzi na pł ytce M1 obraz
przesunięty. Foucault wyznaczył prędkoś ć ś wiatł a znając dł ugoś ć L,
przesunięcie obrazu i prędkoś ć kątową wirującego zwierciadł a. Najlepsza wartoś ć
prędkoś ci ś wiatł a w powietrzu, uzyskanąprzez Fo-ucaulta w 1862 roku wynosił a: c = 289
000Âą500 km/s.
4. Metoda rezonatora wnękowego Essena.
Moşna bardzo dokł adnie wyznaczyć częstoś ć , przy której rezonator wnękowy o znanych
wymiarach za-wiera znanÄ…liczbÄ™ poŅówek dĹ‚ ugoĹ› ci fali promieniowania elektrostatycznego.
Prędkoś ć ś wiatł a moşemy obliczyć z teoretycznej zaleşnoś ci pomiędzy dł ugoś cią
fali i częstoś cią.
V lc =Â
Zwykle z pudł a rezonatora wypompowuje się powietrze. Fale elektromagnetyczne wnikająna
pewną nie-wielkągł ębokoś ć w ś cianki pudeł ka, dlatego teş konieczna jest poprawka
uwzględniająca ten efekt. Essen w roku 1950 stosował częstoś ci 5960, 9000 oraz 9500 MHz i
znalazł : c = 299 792,5 km/s. ¹ 1 km/s.
5. Detektor ś wiatł a modulowanego.
Jest to jedna z najbardziej współ czesnych nam metody wyznaczania prędkoś ci ś wiatł a i
jednocześ nie jedna z najbardziej dokł adnych. Ś wiatł o pochodzące ze źródł a S zostaje
odbite przez zwierciadĹ‚ o M na detektor fotoelektryczny D. Natążenie Ĺ› wiatĹ‚ a wysyĹ‚ anego ze
źródł a jest modulowane przez oscylator o częstoś ci radiowej. Oscylator ten moduluje z tą
samączęstoś cią czuł oś ć fotokomórki. Sygnał dawany przez detektor będzie
najwiÄ™kszy, jeĹźeli Ĺ› wiatĹ‚ o o maksymalnym natążeniu dojdzie do fotokomĂłrki w mo-mencie,
gdy czuł oś ć jej będzie największa. Warunek ten będzie speł niony gdy czas przebiegu
ś wiatł a z punktu S do D będzie równy cał kowitej wielokrotnoś ci okresów N modulującej
częstoś ci v . Czas ten rów-na się N/v , z czego wynika
Gdzie L jest odległ oś cią źródł a S i detektora D od zwierciadł a. Zastosowana w tej metodzie
droga wiązki ś wiatł a był a rzędu 10 kilometrów. Bergstrand zmierzył tą metodą
wartoś ć c otrzymując c = 299 793¹0,3 km/s.
Istnieje wiele innych metod na wyznaczanie prędkoś ci ś wiatł a. Jej pomiary przeprowadzono w
wielu róş-nych przeźroczystych oś rodkach. Prędkoś ć ś wiatł a w wodzie został a
zmierzona w roku 1856. Jak się okazał o, jest ona 4/3 razy mniejsza od prędkoś ci w próşni.
Wedł ug współ czesnych danych prędkoś ć ś wiatł a w próşni jest równa c = 299 792,5
km/s. Przy czym wartoś ć ta został a zmierzona z dokł adnoś cią0,4 km/s. Wyznaczenie
prędkoś ci ś wiatł a odegrał o w nauce bardzo waşnąrolę, przyczyniając się w znacznym
stopniu do wyjaś nienia natury ś wiatł a. Wedł ug aktualnego stanu wiedzy nie istnieje większa
prędkoś ć od prędkoś ci ś wiatł a. Prędkoś ć ś wiatł a jest więc maksymalną
prędkoś cią.
Â
Plik z chomika:
giedzio
Inne pliki z tego folderu:

 3 zasady dynamiki Newtona.doc (19 KB)
AKCELERATORY NA Ĺš WIECIE.doc (21 KB)
 Akceleratory pojÄ™cie i funkcja.doc (22 KB)
 Akustyka.doc (86 KB)
 Anichilacja.doc (19 KB)
Inne foldery tego chomika:

geografia
gera
 historia
 historia sztuki
 Informatyka

Zgł oś jeś li naruszono regulamin





Strona główna
AktualnoĹ› ci
Kontakt
Dział Pomocy
Opinie


Regulamin serwisu
Polityka prywatnoĹ› ci
Copyright © 2012 Chomikuj.pl