Классы
Предметы
О проекте

Экспериметы Рёмера и Физо

 

Экспериментальные методы определения скорости света
 
Существуют различные методы измерения скорости света, в том числе астрономические и с использованием различной экспериментальной техники. Точность измерения величины с постоянно увеличивается. В данной таблице дан неполный перечень экспериментальных работ по определению скорости света.

Дата
 
Эксперимент
 
Экспериментальные методы
 
 
Результаты измерений, км/сек
Эксперимента
льная 
погрешность,
м/с
1676
1725
1849
1850
1857
1868
1875
1880
1883
1883
1901
1907
1928
1932
1941
1952
 
Рёмер
Брадлей
Физо
Фуко
Вебер–Кольрауш
Максвелл
Корню
Майкельсон
Томсон
Ньюкомб
Перротин
Роза и дорси
Миттелыптедта
Пиз и Пирсона
Андерсон
Фрум
  
Затмение спутника юпитера
Аберрация света
Движущиеся тела
Вращающиеся зеркала
Электромагнитные постоянные
Электромагнитные постоянные
Вращающиеся зеркала
Вращающиеся зеркала
Электромагнитные постоянные
Вращающиеся зеркала
Вращающиеся зеркала
Электромагнитные постоянные
Ячейка затвора Керра
Вращающиеся зеркала
Ячейка затвора Керра
Микроволновая интерферометрия
214 459
308 000*
313 290
298 000
310 000
288 000
299 990
299 910
282 000
299 880
299 777
299 784
299 778
299 774
299 782
299 792.45
 
*1х10^5
*1х10^5
 5х10^3
 2х10^3
 2х10^4
  2х10^4
 2х10^2
 1.5х10^2
 2х10^4
 3х10^1
 3х10^1
 1х10^1
 1х10^1
 2х10^0
 6х10^-1
 7х10^-1
 

 
Первое удачное измерение скорости света относится к 1676 г. Астрономический метод Рёмера основывается на измерении скорости света по наблюдениям с Земли затмений спутников Юпитера. Юпитер имеет несколько спутников, которые либо видны с Земли вблизи Юпитера, либо скрываются в его тени. Астрономические наблюдения над спутниками Юпитера показывают, что средний промежуток времени между двумя последовательными затмениями какого-нибудь определенного спутника Юпитера зависит от того, на каком расстоянии друг от друга находятся Земля и Юпитер во время наблюдений.
 
Рис. 1. Метод Ремера. С – Солнце, Ю – Юпитер, З – Земля
 
За полгода наблюдения нарушение периодичности наблюдаемого начала затмения возрастали, достигая величины около 20 мин. Но это почти равно времени, за которое свет проходит расстояние, равное диаметру орбиты движения Земли вокруг Солнца (порядка 17 мин.). Скорость света, измеренная Рёмером, была равна: c= 214300 км/с.
 
По истечение еще 0,545 года Земля З3 и Юпитер Ю3 будут вновь находиться в противостоянии. За это время совершилось (n-1) оборотов спутника вокруг Юпитера и (n-1) затмений, из которых первое имело место, когда Земля и Юпитер занимали положения З2 и Ю2, а последнее – когда они занимали положение З3 и Ю3. Первое затмение наблюдалось на Земле с запозданием (R+r)/с, а последнее с запозданием (R-r)/c по отношению к моментам ухода спутника в тень планеты Юпитера.
 
Рёмер измерил промежутки времени Т1 и Т2 и нашел, что Т1-Т2=1980 с. Но из написанных выше формул следует, что Т1-Т2=4r/с, поэтому с=4r/1980 м/с. Принимая r, среднее расстояние от Земли до Солнца, равным 1500000000 км, находим для скорости света значение:
 м/с
Этот результат был первым измерением скорости света. Метод Рёмера был не очень точен, но именно его расчеты показали астрономам, что для определения истинного движения планет и их спутников необходимо учитывать время распространения светового сигнала.
 
Рис. 2
 
Определение скорости света по наблюдению аберрации в 1725–1728 гг. Брадлей предпринял наблюдение с целью выяснить, существует ли годичный параллакс звезд, т.е. кажущееся смещение звезд на небесном своде, отображающее движение Земли по орбите и связанное с конечностью расстояния от Земли до звезды.
 
Брадлей действительно обнаружил подобное смещение. Он объяснил наблюдаемое явление, названное им аберрацией света, конечной величиной скорости распространения света и использовал его для определения этой скорости.
 
Зная угол α и скорость движения Земли по орбите v, можно определить скорость света c. У него получилось значение скорости света равной 308000 км/с. Важно заметить, что аберрация света связана с изменением направления скорости Земли в течение года. Постоянную скорость, как бы велика она ни была, нельзя обнаружить с помощью аберрации, ибо при таком движении направление на звезду остается неизменным и нет возможности судить о наличии этой скорости и о том, какой угол с направлением на звезду она составляет. Аберрация света позволяет судить лишь об изменении скорости Земли.
 
В 1849 г. впервые определение скорости света выполнил вы лабораторных условиях А. Физо. Его метод назывался методом зубчатого колеса. Характерной особенностью его метода является автоматическая регистрация моментов пуска и возвращения сигнала, осуществляемая путем регулярного прерывания светового потока (зубчатое колесо).
 
Рис 3 . Схема опыта по определению скорости света методом зубчатого колеса
 
Свет от источника проходил через прерыватель (зубья вращающегося колеса) и, отразившись от зеркала, возвращался опять к зубчатому колесу. Зная расстояние между колесом и зеркалом, число зубьев колеса, скорость вращения, можно вычислить скорость света.
Зная расстояние D, число зубьев z, угловую скорость вращения (число оборотов в секунду) v, можно определить скорость света. У него получилось она равной 313000 км/с.
 
Разрабатывали много способов, чтобы еще повысить точность измерений. Вскоре даже стало необходимо учитывать показатель преломления в воздухе. И вскоре в 1958 г. Фрум получил значение скорости света равной 299792,5 км/с, применяя микроволновый интерферометр и электрооптический затвор (ячейку Керра).
 
Поделиться
Ссылка на страницуCкопироватьЧтобы скопировать ссылку, выделите ее и нажмите [Ctrl] + [C]
http://interneturok.ru/article/textfiles/fizika/eksperimety-ryomera-i-fizo