Fénysebesség mérése a 19. századig

Az előadások a következő témára: "Fénysebesség mérése a 19. századig"— Előadás másolata:

1 Fénysebesség mérése a 19. századig
Kerekes Evelin 10.c

2 Fénysebesség   A vákuumbeli fénysebesség  ( km/s) az egyik alapvető fizikai állandó, az elektromágneses hullámok terjedési sebessége. Pontos értéke 299 792 458 m/s minden vonatkoztatási rendszerben. Ez a sebesség a fizikai világban elérhető legnagyobb érték. Jele: c (a latin celeritas, „sebesség” szóból). Jelenlegi ismereteink szerint semmilyen hatás nem terjedhet gyorsabban a vákuumbeli fénysebességnél. Értékét 1975-ben rögzítették az SI mértékegységrendszer számára. Alapvető természeti állandó; értékének nincs mérési bizonytalansága (ún. konvencionális valódi érték). 

3 A fénysebesség mérése földi fényforrások alkalmazásával
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.

4 FIZEAU - A FOGASKERÉK MÓDSZER
1849-ben 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 2l távolság pontos ismeretében ebből a fénysebesség meghatározható. Mérései során Fizeau  km/s értéket kapott.

5 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. Foucault fény­sugarakat irányított a forgó tükörre. Ha a fénysugár a meg­felelő szögben érte el a tükröt, visszaverődött a rögzített tükörre, onnan vissza a forgó tükörre, végül a fényforrásra.  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.

6 A MICHELSON-MORLEY KÍSÉRLET
Haladjon a Föld a B pont irányába v sebességgel, és indítsunk el egy fénysugarat a tér minden irányába. Az eredetileg l távolságban lévő, B pontban elhelyezett tükör a Földdel együtt v sebességgel előre elmozdul, ezért a fénynek a tükörhöz viszonyított relatív sebessége c - v. Az l távolságot a fény előre haladva tehát c – v sebességgel teszi meg. A tükörről visszaverődve azonban az 0 pont v sebességgel szembe halad, ezért visszafelé haladva az 0 pontot a fény c + v sebességgel éri el. Az oda-vissza út ideje tehát:   Helyezzünk el egy tükröt a haladási irányra merőlegesen is l távolságra! Ez a tükör a Földdel együtt szintén v sebességgel mozog. Ha a fény c sebességgel a tükör felé tart, az  l = OP irányba eső sebességkomponense  lesz. A tükörig és vissza az utat tehát  idő alatt teszi meg.

7 MICHELSON MÉRÉSE 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 2tükörig. 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.

8 A fénysebesség  óriási értéke miatt a mérhetőségnek az a  feltétele, hogy a mérés alatt a fény elég nagy (pl.  csillagászati) távolságokat fusson be, illetve hogy kis (földi) távolságok esetén a technika elég fejlett legyen ahhoz, hogy kis időtartamokat is mérni tudjanak. 

9 Köszönöm a figyelmet!