|
ΣΤΕΡΓΙΟΣ ΠΕΛΛΗΣ | 4:58 μ.μ. | | | | | Best Blogger Tips

ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ
ΕΙΣΑΓΩΓΗ

  Επειδή το φως διαδίδεται στο κενό και στον αέρα με πολύ μεγάλη ταχύτητα,περίπου 108m/s,οι πρώτες προσπάθειες για τη μέτρησή της απέτυχαν.Ο Γαλιλαίος ήταν απ τους πρώτους που προσπάθησε να μετρήσει την ταχύτητα του φωτός χρησιμοποιώντας απλά μέσα για την εποχή εκείνη.

Ο Γαλιλαίος ήταν από τους πρώτους που προσπάθησε να μετρήσει την ταχύτητα του φωτός χρησιμοποιώντας απλά μέσα για την εποχή εκείνη  
 Έτσι τοποθέτησε δύο παρατηρητές πάνω σε δύο πύργους των τειχών της Πίζας,οι οποίοι απείχαν μεταξύ τους 5 μίλια.Κάθε παρατηρητής κρατούσε από ένα φανάρι που ήταν κλειστό και,όποτε χρειαζόταν,άνοιγε το παραθυράκι.Όταν ο πρώτος άνοιγε το παραθυράκι του φαναριού του,ο δεύτερος ήταν συνεννοημένος να ανοίξει το δικό του αμέσως μόλις έβλεπε το φως τον πρώτον.
Κάθε παρατηρητής κρατούσε από ένα φανάρι που ήταν κλειστό και, όποτε χρειαζόταν, άνοιγε το παραθυράκι.Όταν ο πρώτος άνοιγε το παραθυράκι του φαναριού του, ο δεύτερος ήταν συνεννοημένος να ανοίξει το δικό του αμέσως μόλις έβλεπε το φως τον πρώτον
   Αν λοιπόν μετρούσε κανείς το χρόνο που περνούσε από τη στιγμή που ο πρώτος άνοιγε το παραθυράκι έως τη στιγμή που έβλεπε το φως του δεύτερου παρατηρητή (και με γνωστή τη μεταξύ τους απόσταση),με μια απλή διαίρεση θα μπορούσε να μετρήσει την ταχύτητα τον φωτός.
Όμως ο χρόνος αντίδρασης των δύο παρατηρητών ήταν πολύ μεγαλύτερος από το χρόνο που χρειαζόταν το φως για να διανύσει τη μεταξύ τους απόσταση και έτσι η μέθοδος αυτή δεν ήταν εφαρμόσιμη και οδήγησε σε αποτυχία
   Όμως ο χρόνος αντίδρασης των δύο παρατηρητών ήταν πολύ μεγαλύτερος από το χρόνο που χρειαζόταν το φως για να διανύσει τη μεταξύ τους απόσταση και έτσι η μέθοδος αυτή δεν ήταν εφαρμόσιμη και οδήγησε σε αποτυχία.
Αν λοιπόν μετρούσε κανείς το χρόνο που περνούσε από τη στιγμή που ο πρώτος άνοιγε το παραθυράκι έως τη στιγμή που έβλεπε το φως του δεύτερου παρατηρητή με μια απλή διαίρεση θα μπορούσε να μετρήσει την ταχύτητα τον φωτός
 Έδειξε όμως ότι η ταχύτητα τον φωτός είναι τόσο μεγάλη,ώστε είναι αδύνατο να μετρηθεί με τέτοια χονδροειδή μηχανικά μέσα.
Ο Ole Christensen Rømer (25 Σεπτεμβρίου 1644,Århus-19 Σεπτεμβρίου 1710,Κοπεγχάγη ) ήταν Δανός αστρονόμος,που το 1676 έκανε τις πρώτες ποσοτικές μετρήσεις της ταχύτητας του φωτός 
  Οι πρώτες επιτυχείς μέθοδοι για τη μέτρηση της ταχύτητας του φωτός ήταν βασισμένες σε αστρονομικές παρατηρήσεις.Πρώτος μέτρησε χονδρικά την ταχύτητα του φωτός ο Δανός αστρονόμος Ole Roemer (Όλε Ρέμερ,1644-1710).Ο Roemer υπολόγισε ότι η τιμή της ταχύτητας του φωτός είναι περίπου 108m/s.Η μέτρηση αυτή έχει ιστορική αξία,διότι,εκτός του ότι προσέγγιζε αρκετά την πραγματική τιμή της ταχύτητας,έδειξε για πρώτη φορά ότι η ταχύτητα του φωτός έχει πεπερασμένη τιμή.

ΜΕΘΟΔΟΣ ΤΟΥ FIZEAU

  Το 1849 ο H.L. Fizeau (Φιζό),ένας Γάλλος φυσικός,κατάφερε να μετρήσει την ταχύτητα του φωτός με απλά μηχανικά μέσα.
Ο Armand Hippolyte Louis Fizeau (23 Σεπτεμβρίου 1819-18 Σεπτεμβρίου 1896) ήταν Γάλλος φυσικός.Ο Fizeau γεννήθηκε στο Παρίσι και ασχολήθηκε με τις βελτιώσεις στις φωτογραφικές διαδικασίες.Το 1848, είχε προβλέψει την ερυθρή μετατόπιση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων
 Στο παρακάτω σχήμα παριστάνεται μια απλουστευμένη μορφή της διάταξης που χρησιμοποίησε.Η βασική ιδέα της μεθόδου ήταν να μετρηθεί ο χρόνος που χρειάζεται το φως,για να διανύσει την απόσταση «πήγαινε-έλα» μεταξύ μιας φωτεινής πηγής Π και ενός κατόπτρου Κ1,που βρισκόταν σε μεγάλη απόσταση από την πηγή.
Η βασική ιδέα της μεθόδου ήταν να μετρηθεί ο χρόνος που χρειάζεται το φως, για να διανύσει την απόσταση «πήγαινε - έλα» μεταξύ μιας φωτεινής πηγής Π και ενός κατόπτρου Κ1,που βρισκόταν σε μεγάλη απόσταση από την πηγή
 Η ακτίνα που προέρχεται από τη φωτεινή πηγή Π ανακλάται στο «ημιεπαργυρωμένο κάτοπτρο» Κ2 και,αφού διανύσει την απόσταση ,προσπίπτει στο κάτοπτρο Κ1.Η ανακλώμενη ακτίνα επιστρέφει από την ίδια διαδρομή,μεταφέροντας το είδωλο της πηγής Π,οπότε γίνεται αντιληπτή από κάποιο παρατηρητή που βρίσκεται πίσω από το Κ2.
Μεταξύ του παρατηρητή και του κατόπτρου Κ1 παρεμβάλλεται οδοντωτός τροχός Τ,ο οποίος περιστρέφεται με τέτοιο τρόπο,ώστε άλλοτε η ακτίνα φωτός να διακόπτεται και άλλοτε όχι
    
  Μεταξύ του παρατηρητή και του κατόπτρου Κ1 παρεμβάλλεται οδοντωτός τροχός Τ,ο οποίος περιστρέφεται με τέτοιο τρόπο,ώστε άλλοτε η ακτίνα φωτός να διακόπτεται και άλλοτε όχι.Όταν ο τροχός περιστρέφεται αργά,ο παρατηρητής θα βλέπει φως και σκοτάδι.Αυξάνοντας διαρκώς την ταχύτητα του τροχού θα έλθει η στιγμή που ο παρατηρητής δε θα βλέπει φως.
  Αυτό θα συμβεί,όταν το φως, που θα διέλθει από το διάκενο Α του τροχού,αφού ανακλαστεί στο κάτοπτρο K1,συναντήσει το επόμενο δόντι του τροχού.
Στο πείραμα Fizeau η απόσταση ℓ μεταξύ του οδοντωτού τροχού Τ και του κατόπτρου Κ1 ήταν περίπου 8630m ή 5,36miles.Απλοποιήσαμε τη διάταξη παραλείποντας τη σειρά των φακών και κατόπτρων που χρησιμοποίησε ο Fizeau
  Αν αυξήσουμε ακόμα περισσότερο την ταχύτητα του τροχού, το φως θα γίνει πάλι ορατό,γιατί θα διέλθει από το επόμενο διάκενο Β.Ας υποθέσουμε τώρα ότι ο τροχός έχει Ν δόντια και περιστρέφεται με συχνότητα f (στροφές ανά δευτερόλεπτο).Τότε ο χρόνος t,για να περιστραφεί ο τροχός κατά ένα δόντι,είναι:

t=χρόνος μιας περιστροφής/αριθμός δοντιών=T/N=1/f/N=1/f·N

  Στο χρόνο αυτό το φως έχει διανύσει την απόσταση 2 «πήγαινε - έλα».Άρα η ταχύτητα του φωτός θα είναι:

c=απόσταση/χρόνος=2·ℓ/t

 και λόγω της προηγούμενης σχέσης:

                                                                  c=2·f·N

  Με γνωστά τα μεγέθη ,f υπολογίζουμε την ταχύτητα c.
  Ο Fizeau γνώριζε την απόσταση ,τον αριθμό των δοντιών του τροχού και τη συχνότητα περιστροφής και έτσι υπολόγισε ότι το μέτρο της ταχύτητας του είναι 3,1×10m/s.Ακριβέστερα πειράματα που έγιναν αργότερα,έδωσαν την τιμή 2,9979×10m/s.
Ο Fizeau γνώριζε την απόσταση ,τον αριθμό των δοντιών του τροχού και τη συχνότητα περιστροφής και έτσι υπολόγισε ότι το μέτρο της ταχύτητας του είναι 3,1×108m/s
   Για την ταχύτητα του φωτός γνωρίζουμε σήμερα ότι:
α) Το φως, όπως και κάθε ηλεκτρομαγνητικό κύμα,διαδίδεται στο κενό με σταθερή ταχύτητα περίπου 3×10m/s.
β) Η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι μια θεμελιώδης σταθερά της φύσης.
γ) Η ταχύτητα του φωτός έχει την ίδια τιμή σε όλα τα συστήματα αναφοράς και είναι ανεξάρτητη από την κίνηση της φωτεινής πηγής (αξίωμα του Einstein).
   Το τέχνασμα της «διακοπτόμενης δέσμης»,τροποποιούμενο κατάλληλα,χρησιμοποιείται σήμερα για τη μέτρηση της ταχύτητας των νετρονίων και άλλων σωματιδίων.




Παρακαλώ αναρτήστε:

author

ΣΥΓΓΡΑΦΕΑΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ τμήμα ΦΥΣΙΚΗΣ τομέαs ΑΣΤΡΟΓΕΩΦΥΣΙΚΗΣ μέλοs τηs ΕΝΩΣΗΣ ΕΛΛΗΝΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

Αποκτήστε δωρεάν ενημερώσεις!!!

ΠΑΡΑΔΙΔΟΝΤΑΙ ΙΔΙΑΙΤΕΡΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ,ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΧΗΜΕΙΑΣ ΓΙΑ ΟΛΕΣ ΤΙΣ ΤΑΞΕΙΣ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΚΑΙ ΛΥΚΕΙΟΥ------------ ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΦΟΙΤΗΤΩΝ ΚΑΙ ΣΠΟΥΔΑΣΤΩΝ ΓΙΑ ΤΙΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Α.Ε.Ι , Τ.Ε.Ι. ΚΑΙ Ε.Μ.Π.------------ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ------------ Τηλέφωνο κινητό : 6974662001 ------------ Τηλέφωνο οικίας :210 7560725 ------------ Email : sterpellis@gmail.com

ΠΑΡΑΔΙΔΟΝΤΑΙ ΙΔΙΑΙΤΕΡΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ,ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΧΗΜΕΙΑΣ ΓΙΑ ΟΛΕΣ ΤΙΣ ΤΑΞΕΙΣ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΚΑΙ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΦΟΙΤΗΤΩΝ ΚΑΙ ΣΠΟΥΔΑΣΤΩΝ ΓΙΑ ΤΙΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Α.Ε.Ι , Τ.Ε.Ι. ΚΑΙ Ε.Μ.Π. ------------------------------------ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ Τηλέφωνο κινητό : 6974662001 Τηλέφωνο οικίας :210 7560725 Email : sterpellis@gmail.com