Fénysebesség mérése a 18. század után

Az előadások a következő témára: "Fénysebesség mérése a 18. század után"— Előadás másolata:

1 Fénysebesség mérése a 18. század után
Készítette: Sepsi Alex 9/a

2 A fény A fény emberi szemmel érzékelhető elektromágneses sugárzás.
A fény tulajdonságait meghatározó három fő szempont: intenzitás vagy amplitúdó, amelyet az ember fényerőként, fényességként érzékel, frekvencia (és ezzel összefüggésben a hullámhossz), amelyet az ember színként érzékel, és polarizáció, azaz az elektromágneses rezgés iránya, ezt az átlagember normál körülmények között nem érzékeli, de például bizonyos rovarok igen

3 Fénysebesség A vákuumbeli fénysebesség az egyik alapvető fizikai állandó, az elektromágneses hullámok terjedési sebessége. Pontos értéke 299 792 458 m/s minden vonatkoztatási rendszerben. Jele: c (a latin celeritas, „sebesség” szóból). Jelenlegi ismereteink szerint semmilyen hatás nem terjedhet gyorsabban a vákuumbeli fénysebességnél.

4 Fénysebesség Mérése

5 FIZEAU ÉS FOUCAULT MÓDSZERE
Hyppolite Fizeau és Jean Foucault francia fizikus már a  19. század közepén megközelítőleg pontosan megmérte a  fény sebességét földi körülmények között. A rendkívül kis időtartamok méréséhez forgó fogaskereket illetve tükröt alkalmaztak.

6 FIZEAU - A FOGASKERÉK MÓDSZER
Fizeau mérésének elvi elrendezése az alábbi ábrán látható. A  fénynyaláb egy fogaskerék fogai között halad át, majd egy tükörről az l távolságra (Fizeau mérésekor l=8633 m volt) elhelyezett tükörre esik, arról pedig visszaverődik az eredetivel párhuzamosan elhelyezett másik fogaskerékre. Ha a fogas­kerék fordulatszámát megfelelően állítják be, ezalatt éppen egy fognyit halad előre, ezért a fény nem jut a megfigyelő szemébe. A fordulatszám és a megtett távolság (2l) pontos ismeretében ebből a fénysebesség meghatározható. Mérései során Fizeau  km/s értéket kapott.

7

8 FOUCAULT - A FORGÓTÜKÖR MÓDSZER
Foucault kísérletében két, egymástól 20 m-nyire felállított tükröt használt. Az egyik tükör rögzített volt, míg a másik másodpercenként 800 fordulatot tett meg. A tükrök közötti visszaút megtételéhez szükséges idő alatt a forgó tükör parányi szögben elmozdult, így a fényforráshoz visszatérő sugár útja kissé eltért az eredeti úttól. A fénysugár szögelhajlásának mértéke ismeretében meg lehetett határozni a forgó tükör elmozdulásának szögét. Ennek és a forgási sebességnek a segítségével Foucault már kiszámíthatta, mennyi idő alatt és milyen gyorsan tette meg a fény az adott utat. Foucault számításainak 1862-ben közzétett végered­ménye  km/s volt. A fény sebességét a fény által megtett út, a tükör forgási sebessége és az elfordulás szöge ismeretében ki lehet számítani

9 Albert Michelson Foucault kísérleti módszerét az 1920-as években Albert Michelson amerikai fizikus fejlesztette tovább: a fénysugarat 1,6 km hosszú vákuumcsövön bocsátotta keresztül, hogy kiküszöbölje a levegőnek a fénysebességre gyakorolt hatását. Habár ma már a Michelson által kapott legjobb értékek pontosságát is felülmúlták a rádiófrekvenciás technikán alapuló új módszerekkel kapott értékek, mérései mai szemmel is figyelemre méltóak. 

10 MICHELSON MÉRÉSE Michelson különböző, 8, 12 és 16 oldalú tükröket használt, amelyeket légbefúvás működtette olyan sebességgel, hogy az alatt az idő alatt, amíg a fény az A ponttól eljutott a T 2 tükörig és visszaért (0, s ), a tükör olyan szögben fordult el, hogy a következő felület az A' pontban jelent meg. A nyolc­oldalú tükör esetén a megfelelő forgási sebesség körülbelül 528 ford/s volt. Ezt a sebességet egy ellenirányú fúvókával állították be, amíg a rés képe ugyanabba a helyzetbe nem került, mint amikor F nyugalomban volt. A méréshez a T 1 és T 2 tükrök közötti távolságot is 1/11 milliomod pontossággal, vagyis 3 mm-es hibával állapították meg.  Michelson kísérletében a fény áthaladt egy vékony résen, majd visszaverődött az F nyolcszögű forgótükör egyik oldaláról. Ezután a B és C rögzített kis tükrökről vissza­verődött a nagy T 1 konkáv tükörre (10 m-es fókusz, 60 cm-es nyílás). Ez olyan párhuzamos fénysugarat eredményezett, amely 35 km-t tett meg a Wilson-hegyen lévő megfigyelő állomástól a San Antonio-hegy csúcsán elhelyezett T 2 tükörig. A T 2 egy kis síktükörre fókuszálta a fényt, amely újabb visszaverődések után jutott a megfigyelő okulárhoz. Az 1926-ban publikált mérési eredmények nyolc féle fénysebességértéket tartalmaztak, amelyek mindegyike nagyjából 200, adott forgótükörrel végzett, önálló mérés átlaga. Ezek a   és a  km/s -os számértékek között szóródtak, és  ± 4 km/s -os átlagértéket adtak.

11 Érdekességek/1 Fénysebesség mérése csokival:
A λ hullámhossz és az f frekvencia között fordított arányosság van. A hullámhosszt megkapjuk, ha a hullám sebességét (c) elosztjuk a frekvenciával: Hertz váltószámai: 1 Hz = 1/s 1 kHz = 1000 Hz = 103 Hz 1 MHz = 103 kHz = 106 Hz 1 GHz = 103 MHz = 106 kHz = 109 Hz (1 THz = 103 GHz = 106 MHz = 109 kHz = 1012 Hz)

12

13 Érdekesség/2 Időutazás a fénysebesség túllépésével ? Anyagi test nem lépheti át a fénysebességet ( A tömegpont (anyagi pont) olyan test, amelynek méretei a vizsgált esetben elhanyagolhatóak, a felmerülő méretek és távolságokhoz képest nagyon kicsik. Ilyen például egy ember a Földhöz képest vagy akár a Föld a Naprendszer méreteihez képest.

14 Tachyon

15 Köszönöm a figyelmet !