Ֆլեշում արբանյակից վերամիավորվելու փորձ: Լույսի արագությունը և դրա որոշման մեթոդները: Օգտագործված գրականության ցանկ

գրականություն

Մյակիշև Գ.Յա. Բուխովցև Բ.Բ. Ֆիզիկա 11. Դասագիրք. Մ.: Կրթություն, 2004:

Դասի նպատակները

Դիտարկենք լույսի արագությունը չափելու տարբեր եղանակներ:

Այս դասում համակարգչային մոդելներն օգտագործվում են նոր նյութը բացատրելու համար:

Ոչ	Դասի քայլեր	Ժամանակ, րոպե	Տեխնիկա և մեթոդներ
1	Կազմակերպչական պահ	2
2	Հարցում «Կորպուսկուլյար և ալիքի տեսությունՍվետա»	10	Բանավոր հարցում
3	«Լույսի արագություն» թեմայով նոր նյութի բացատրություն.	30	«Ֆիզո փորձ» և «Մայքելսոնի փորձ» մոդելների հետ աշխատելը
4	Տնային աշխատանքի բացատրություն	3

Տնային առաջադրանք՝ § 59.

Նոր նյութը բացատրելիս օգտագործվում է «Fizeau's Experience» և «Michelson's Experience» ինտերակտիվ մոդելների ցուցադրում: Ցուցադրման մեթոդը որոշվում է օգտագործվող դասարանի տեխնիկական հնարավորություններով: Հետևյալ տարբերակները հնարավոր են.

• Մոդելի ցուցադրում ուսուցչի կողմից մուլտիմեդիա պրոյեկցիոն սարքավորումների միջոցով:
• Մոդելի ցուցադրում ուսուցչի կողմից՝ օգտագործելով աշակերտների անհատական ​​համակարգիչների հեռակառավարման համակարգ, օրինակ՝ NetOp դպրոց:
• Ուսանողները մոդելի հետ աշխատում են ուղղակիորեն ուսումնական համակարգիչների վրա՝ միաժամանակ բացատրելով նոր նյութը ուսուցչի կողմից և նրա հսկողության ներքո:

Լույսի արագության դասը ներառում է լույսի արագության չափման աստղագիտական ​​մեթոդը և լույսի արագության չափման լաբորատոր մեթոդները: Բացատրություն լաբորատոր մեթոդներԼույսի արագության չափումը, որպես կանոն, դժվարություններ է առաջացնում՝ կապված դպրոցական դասարաններում պաստառների բացակայության, քննարկվող փորձերի բարդության և փորձարարական կարգավորումների տարրերի մեծ քանակի հետ: Ինտերակտիվ մոդելները թույլ են տալիս ուսանողներին ցույց տալ փորձի առաջընթացը և փորձի արդյունքում ստացված արդյունքը: Ուժեղ դասերի համար կարող եք կրկնել Ֆիզոյի և Մայքելսոնի կողմից կատարված հաշվարկները և ստացված արդյունքները համեմատել խնդիրների գրքի աղյուսակի տվյալների հետ։

Տեսություն դասի համար

Ֆիզոյի փորձը

1849 թվականին ֆրանսիացի ֆիզիկոս Արման Հիպոլիտ Լուի Ֆիզոն (11/23/1819–9/18/1896, Փարիզ, Ֆրանսիա) առաջինն էր, ով լաբորատոր փորձ կատարեց լույսի արագությունը չափելու պտտվող կափարիչի մեթոդով։ Ֆիզոի տեղադրման ժամանակ լույսի նեղ ճառագայթը բաժանվել է իմպուլսների՝ անցնելով արագ պտտվող սկավառակի շրջագծի ելուստների միջև եղած բացերից։ Իմպուլսները հարվածում են հայելուն, որը գտնվում է աղբյուրից L = 8,66 կմ հեռավորության վրա և ուղղահայաց է ճառագայթի ուղուն: Փորձարարը, փոխելով անիվի պտտման արագությունը, ապահովել է, որ անդրադարձված լույսն ընկնի ատամների միջև ընկած բացը։ Fizeau սկավառակի վրա կար 720 կանխատեսում։ Իմանալով ատամների միջև եղած հեռավորությունը և անիվի պտտման արագությունը, որով լույսը մտնում է հաջորդ բացը, մենք կարող ենք հաշվարկել լույսի արագությունը:

Ֆիզոյի արդյունքը լույսի արագության համար եղել է 313,247,304 մ/վ։ Հետագայում մի շարք հետազոտողներ կատարելագործեցին մեթոդը՝ օգտագործելով կափարիչի տարբեր տարբերակներ: Մասնավորապես, ամերիկացի ֆիզիկոս Ա.Մայքելսոնը մշակել է լույսի արագությունը պտտվող հայելիների միջոցով չափելու շատ առաջադեմ մեթոդ։ Սա հնարավորություն տվեց զգալիորեն հստակեցնել լույսի արագության արժեքը։

Հաշվարկային գործողության օրինակ այն տարբերակի համար, երբ փորձարարը սարքի ակնաբույժում լույսը անհետացնում է

Ենթադրենք, որ փոխանցման անիվի ատամն ու բնիկը ունեն նույն լայնությունը, և լույսի իմպուլսի շարժման ժամանակ դեպի հայելի և ետ, անիվի վրա բացվածքի տեղը զբաղեցնում է հարակից ատամը։ Այնուհետև լույսը կփակվի ատամի կողմից, և ակնաբույժը կմթնի։ Դա տեղի կունենա այն պայմանով, որ լույսի համար այնտեղ և հետ ճանապարհորդելու ժամանակը լինի.

Այստեղ L-ը հանդերձանքից մինչև հայելի հեռավորությունն է, T 1-ը հանդերձանքի պտտման ժամանակաշրջանն է, ν 1 = 1 / T 1-ը պտտման հաճախականությունն է, որով առաջին անգամ անհետանում է լուսային հոսքը ակնոցում, N է. ատամների քանակը. Քանի որ t = t 1, մենք ստանում ենք հաշվարկման բանաձև լույսի արագությունը որոշելու համար այս մեթոդով.

c = 4LN ν 1:

Հաշվարկային գործողության օրինակ այն տարբերակի համար, երբ փորձարարը լույսը երևում է այն բանից հետո, երբ այն անհետանում է սարքի ակնոցում

Ենթադրենք, որ փոխանցման անիվի ատամն ու բնիկը նույն լայնությունն ունեն, և լույսի իմպուլսի շարժման ժամանակ դեպի հայելին և թիկունքը անիվի վրա առաջին բացիկի տեղը զբաղեցնում է դրան հաջորդող բացիկը։ Այնուհետև լույսը նորից կանցնի դեպի ակնաբույժ, և ակնոցը նորից լույս կդառնա: Դա տեղի կունենա այն պայմանով, որ լույսի համար այնտեղ և հետ ճանապարհորդելու ժամանակը լինի.

Այս մեթոդով լույսի արագությունը որոշելու համար մենք ստանում ենք հաշվարկման բանաձև՝ c = 2LN ν 2, որտեղ ν 2 = 1 / T 2 պտտման հաճախականությունն է, որի դեպքում լույսը կրկին հայտնվում է ակնոցի մեջ առաջին անհետացումից հետո:

Michelson փորձ

Ամերիկացի ֆիզիկոս Ալբերտ Աբրահամ Միխելսոնը (12/19/1852–05/09/1931) իր ողջ կյանքի ընթացքում կատարելագործել է լույսի արագությունը չափելու տեխնիկան։ Ստեղծելով ավելի ու ավելի բարդ ինստալացիաներ՝ նա փորձում էր նվազագույն սխալներով արդյունքներ ստանալ։ 1924–1927 թվականներին նա մշակեց մի փորձի դիզայն, որի ընթացքում լույսի ճառագայթ ուղարկվեց Ուիլսոն լեռան գագաթից Սան Անտոնիոյի գագաթը։ Պտտվող կափարիչը պտտվող հայելի էր, որը պատրաստված էր ծայրահեղ ճշգրտությամբ և շարժվում էր հատուկ նախագծված սարքի միջոցով:

«Փորձի նախապատրաստումն իրականացվել է մեծ խնամքով։ Ընտրվել է տեղանք երկու տեղադրման համար: Նրանցից մեկը գտնվում էր իրեն արդեն ծանոթ Վիլսոն լեռան գագաթին, իսկ մյուսը՝ Սան Անտոնիո լեռան գագաթին, որը հայտնի է «Հին ճաղատություն» մականունով, ծովի մակարդակից 5800 մ բարձրության վրա և հեռավորությունը Վիլսոն լեռից 35 կմ: Միացյալ Նահանգների ափամերձ և գեոդեզիական հետազոտությունը հանձնարարված էր ճշգրիտ չափել երկու անդրադարձող ինքնաթիռների՝ Ուիլսոն լեռան վրա պտտվող պրիզմատիկ հայելու և Սան Անտոնիոյի անշարժ հայելու միջև հեռավորությունը: Հեռավորությունը չափելու հնարավոր սխալը եղել է յոթ միլիոներորդը կամ սանտիմետրի մի մասը 35 կմ-ի վրա։ Նիկելապատ պողպատից պտտվող պրիզմա, որի ութ հայելային մակերեսները փայլեցված են մեկ միլիոն մասի վրա, փորձի համար արտադրվել է Բրուքլինի Sperry Gyroscope ընկերության կողմից, որի նախագահ, ինժեներ-գյուտարար Էլմեր Ա. Սպերրին, Մայքելսոնի ընկերն էր: Բացի այդ, պատրաստվել են ևս մի քանի ապակե և պողպատե պրիզմաներ։ Ութանկյուն արագընթաց ռոտորը վայրկյանում կատարում էր մինչև 528 պտույտ։ Այն շարժվում էր օդային հոսքով, և դրա արագությունը, ինչպես նախորդ փորձերում, կարգավորվում էր էլեկտրական լարման պատառաքաղի միջոցով։ (Կարգավորիչն օգտագործվում է ոչ միայն երաժիշտների կողմից՝ ձայնի բարձրությունը որոշելու համար: Դրա օգնությամբ դուք կարող եք շատ ճշգրիտ որոշել կարճ հավասար ժամանակահատվածներ: Կարող եք ստեղծել ցանկալի հաճախականությամբ գործիք, որը ազդեցության տակ էլեկտրական հոսանքէլեկտրական զանգի պես կթրթռա»։

(Bernard Jeff. Michelson and the speed of light. Թարգմանություն անգլերենից Ռ. Ս. Բոբրովա. Մ.: Արտասահմանյան գրականության հրատարակչություն, 1963. Էլեկտրոնային տարբերակ - http://n-t.ru/ri/dj/mc.htm):

Սկսած 1924 թվականից և ավարտվելով 1927 թվականի սկզբին, իրականացվել են հինգ անկախ դիտարկումների շարք։ Միջին արդյունքը կազմել է 299798 կմ/վրկ։

Մայքելսոնի բոլոր չափումների արդյունքները կարող են գրվել որպես c = (299796 ± 4) կմ/վ:

Լույսի արագության հաշվարկ

Փորձը օգտագործում է ութանկյուն պրիզմա: Հետևաբար, մեկ երեսի վրա պրիզմայի պտտման ժամանակը τ 1 = T / 8 է, τ 1 = 1/ 8ν 1, որտեղ ν 1-ը պրիզմայի պտտման հաճախականությունն է, որի դեպքում լույսն առաջին անգամ է հայտնվում։ Այսպիսով, c = 2L / τ 1 = 16L ν 1:

Լույսի արագության որոշման փորձարարական մեթոդներ

Կան տարբեր մեթոդներլույսի արագության չափումներ, այդ թվում՝ աստղագիտական ​​և տարբեր փորձարարական տեխնիկայի կիրառում։ c-ի արժեքի չափման ճշգրտությունը անընդհատ աճում է։ Այս աղյուսակը ամբողջական ցանկ չէ փորձարարական աշխատանքլույսի արագության սահմանմամբ։

	Փորձարկում	Փորձարարական մեթոդներ	Չափումների արդյունքները, կմ/վրկ	Փորձարկում սխալ,
	Վեբեր-Կոլրաուշ Մաքսվել Մայքելսոն Պերոտին Ռոուզ և Դորսի Mittelyptedt Փիզ և Փիրսոն Անդերսոն	Յուպիտերի արբանյակի խավարում Լույսի շեղում Շարժվող մարմիններ Պտտվող հայելիներ Էլեկտրամագնիսական հաստատուններ Էլեկտրամագնիսական հաստատուններ Պտտվող հայելիներ Պտտվող հայելիներ Էլեկտրամագնիսական հաստատուններ Պտտվող հայելիներ Պտտվող հայելիներ Էլեկտրամագնիսական հաստատուններ Kerr դարպասի բջիջ Պտտվող հայելիներ Kerr դարպասի բջիջ Միկրոալիքային ինտերֆերոմետրիա

Լույսի արագության առաջին հաջող չափումը սկսվում է 1676 թվականին: Ռեմերի աստղագիտական ​​մեթոդը հիմնված է Յուպիտերի արբանյակների խավարումների Երկրից կատարվող դիտումների արդյունքում լույսի արագության չափման վրա: Յուպիտերն ունի մի քանի արբանյակներ, որոնք կամ տեսանելի են Երկրից Յուպիտերի մոտ, կամ թաքնված են նրա ստվերում: Յուպիտերի արբանյակների աստղագիտական ​​դիտարկումները ցույց են տալիս, որ Յուպիտերի ցանկացած արբանյակի երկու հաջորդական խավարումների միջև միջին ժամանակային ընդմիջումը կախված է նրանից, թե որքան հեռու են Երկիրը և Յուպիտերը դիտման պահին:

Բրինձ. 1. Ռոմերի մեթոդը. S - Արև, S - Յուպիտեր, W - Երկիր

Դիտարկման վեց ամսվա ընթացքում խավարման դիտարկվող սկզբի պարբերականության խախտումը մեծացել է՝ հասնելով մոտ 20 րոպեի արժեքի։ Բայց սա գրեթե հավասար է այն ժամանակին, որի ընթացքում լույսը անցնում է Արեգակի շուրջ Երկրի ուղեծրի տրամագծին հավասար հեռավորություն (մոտ 17 րոպե): Ռոմերի կողմից չափված լույսի արագությունը հավասար էր՝ c = 214300 կմ/վ։

Եվս 0,545 տարի անց Երկիրը Z3-ը և Յուպիտերը J3-ը կրկին կլինեն հակադրության մեջ: Այս ընթացքում տեղի են ունեցել արբանյակի (n-1) պտույտներ Յուպիտերի շուրջ և (n-1) խավարումներ, որոնցից առաջինը տեղի է ունեցել այն ժամանակ, երբ Երկիրը և Յուպիտերը զբաղեցրել են Z2 և Yu2 դիրքերը, իսկ վերջինը՝ երբ նրանք գրավել են: Z3 և Yu3 դիրքերը: Առաջին խավարումը Երկրի վրա դիտվել է ուշացումով (R+r)/վ, իսկ վերջինը՝ ուշացումով (R-r)/վրկ՝ արբանյակի՝ Յուպիտեր մոլորակի ստվերից հեռանալու պահերի հետ կապված։

Ռոմերը չափեց T1 և T2 ժամանակային միջակայքերը և պարզեց, որ T1-T2 = 1980 վ. Բայց վերեւում գրված բանաձեւերից հետեւում է, որ T1-T2 = 4r/s, հետեւաբար c = 4r/1980 m/s։ Հաշվի առնելով r-ը՝ Երկրից Արեգակ միջին հեռավորությունը, որը հավասար է 1500000000 կմ, մենք գտնում ենք լույսի արագության արժեքը.

Այս արդյունքը լույսի արագության առաջին չափումն էր։ Ռոմերի մեթոդն այնքան էլ ճշգրիտ չէր, բայց հենց նրա հաշվարկներն էին, որ աստղագետներին ցույց տվեցին, որ մոլորակների և նրանց արբանյակների իրական շարժումը որոշելու համար անհրաժեշտ է հաշվի առնել լուսային ազդանշանի տարածման ժամանակը։

Բրինձ. 2

Լույսի արագության որոշումը շեղման դիտումից 1725-1728 թթ. Բրեդլին կատարել է դիտարկում՝ պարզելու, թե արդյոք գոյություն ունի աստղերի ամենամյա պարալաքս, այսինքն. աստղերի ակնհայտ տեղաշարժը երկնակամարում, որն արտացոլում է Երկրի շարժումն իր ուղեծրում և կապված է Երկրից մինչև աստղ սահմանափակ հեռավորության հետ:

Բրեդլին իսկապես նման կողմնակալություն գտավ։ Դիտարկված երևույթը, որը նա անվանել է լույսի շեղում, նա բացատրել է լույսի տարածման արագության վերջավոր արժեքով և օգտագործել այդ արագությունը որոշելու համար։

Իմանալով α անկյունը և Երկրի ուղեծրի v արագությունը՝ կարող ենք որոշել լույսի արագությունը c. Նա ստացել է լույսի արագության արժեք, որը հավասար է 308000 կմ/վրկ։ Կարևոր է նշել, որ լույսի շեղումը կապված է տարվա ընթացքում Երկրի արագության ուղղության փոփոխության հետ: Մշտական ​​արագությունԱնկախ նրանից, թե որքան մեծ է այն, հնարավոր չէ հայտնաբերել շեղման միջոցով, քանի որ նման շարժումով դեպի աստղ ուղղությունը մնում է անփոփոխ, և ոչ մի կերպ հնարավոր չէ դատել այս արագության առկայության և աստղի ուղղության հետ կապված այն կողմի վրա: Լույսի շեղումը թույլ է տալիս դատել միայն Երկրի արագության փոփոխությունը։

1849 թվականին Ա.Ֆիզոն առաջինն է որոշել լույսի արագությունը լաբորատոր պայմաններում։ Նրա մեթոդը կոչվում էր ատամնանիվ մեթոդ: Բնութագրական հատկանիշՆրա մեթոդը ազդանշանի մեկնարկի և վերադարձի պահերի ավտոմատ գրանցումն է, որն իրականացվում է լույսի հոսքի կանոնավոր ընդհատմամբ (փոխանցման անիվ):

Նկար 3. Լույսի արագությունը փոխանցման անիվի մեթոդով որոշելու փորձի սխեման

Աղբյուրից ստացված լույսն անցնում էր ճոփերի միջով (պտտվող անիվի ատամներով) և, արտացոլվելով հայելից, նորից վերադառնում էր փոխանցման անիվի մոտ։ Իմանալով անիվի և հայելու հեռավորությունը, անիվի ատամների քանակը և պտտման արագությունը՝ կարող եք հաշվարկել լույսի արագությունը։

Իմանալով D հեռավորությունը, z ատամների քանակը, անկյունային արագությունռոտացիա (պտույտների քանակը վայրկյանում) v, կարող եք որոշել լույսի արագությունը։ Նա ստացել է, որ այն հավասար է 313,000 կմ/վրկ.

Չափումների ճշգրտությունը հետագայում բարելավելու համար մշակվել են բազմաթիվ մեթոդներ: Շուտով նույնիսկ անհրաժեշտություն առաջացավ հաշվի առնել օդի բեկման ինդեքսը։ Եվ շուտով, 1958 թվականին, Ֆրումը ստացավ լույսի արագության արժեք, որը հավասար է 299792,5 կմ/վ՝ օգտագործելով միկրոալիքային ինտերֆերոմետր և էլեկտրաօպտիկական կափարիչ (Kerr բջիջ):

Լույսի արագության վերջավորության առաջին փորձարարական հաստատումը տրվել է Ռոմերի կողմից 1676 թվականին: Նա բացահայտեց, որ Յուպիտերի ամենամեծ արբանյակի՝ Իոյի շարժումը ժամանակի ընթացքում այնքան էլ կանոնավոր չի լինում: Պարզվել է, որ Յուպիտերի կողմից Իոյի խավարումների պարբերականությունը խախտված է։ Դիտարկման վեց ամսվա ընթացքում խավարման դիտարկվող սկզբի պարբերականության խախտումը մեծացել է՝ հասնելով մոտ 20 րոպեի արժեքի։ Բայց սա գրեթե հավասար է այն ժամանակին, որի ընթացքում լույսը անցնում է Արեգակի շուրջ Երկրի ուղեծրի տրամագծին հավասար հեռավորություն (մոտ 17 րոպե):

Ռոմերի կողմից չափված լույսի արագությունը հավասար էր 2

գ Römer = 214300 կմ/վ:

(4)

Ռոմերի մեթոդն այնքան էլ ճշգրիտ չէր, բայց հենց նրա հաշվարկներն էին, որ աստղագետներին ցույց տվեցին, որ մոլորակների և նրանց արբանյակների իրական շարժումը որոշելու համար անհրաժեշտ է հաշվի առնել լուսային ազդանշանի տարածման ժամանակը։

Աստղային լույսի շեղում

1725 թվականին Ջեյմս Բրեդլին հայտնաբերեց, որ աստղը γ Դրակոն, որը գտնվում է զենիթում (այսինքն ուղղակիորեն վերևում), ակնհայտ շարժում է կատարում մեկ տարի տևողությամբ գրեթե շրջանաձև ուղեծրի վրա, որի տրամագիծը հավասար է 40,5 աղեղային վայրկյանի: Երկնքի այլ վայրերում տեսանելի աստղերի համար Բրեդլին նույնպես նկատել է նմանատիպ ակնհայտ շարժում՝ ընդհանուր առմամբ էլիպսաձև:

Բրեդլիի նկատած երեւույթը կոչվում է շեղում. Դա կապ չունի աստղի սեփական շարժման հետ: Շեղման պատճառն այն է, որ լույսի արագությունը վերջավոր է, և դիտումն իրականացվում է Երկրից ուղեծրով շարժվելով որոշակի արագությամբ։ v.

Իմանալով անկյունը α և Երկրի ուղեծրի արագությունը v, կարող եք որոշել լույսի արագությունը գ.

Չափման մեթոդներ, որոնք հիմնված են շարժակների և պտտվող հայելիների օգտագործման վրա

Տե՛ս Բերքլիի ֆիզիկայի դասընթաց (BCF), Մեխանիկա, էջ 337։

Խոռոչի ռեզոնատոր մեթոդ

Հնարավոր է շատ ճշգրիտ որոշել այն հաճախականությունը, որով էլեկտրամագնիսական ճառագայթման որոշակի թվով կիսաալիքային երկարություններ տեղավորվում են հայտնի չափսերի ծավալային ռեզոնատորի մեջ: Հարաբերությունից որոշվում է լույսի արագությունը

Որտեղ λ - ալիքի երկարությունը և ν - լույսի հաճախականությունը (տես BKF, մեխանիկա, էջ 340):

Շորանի մեթոդ

Տե՛ս BKF, Mechanics, էջ 340։

Մոդուլացված լույսի ցուցիչի կիրառում

Տե՛ս BKF, Մեխանիկա, էջ 342։

Լազերային ճառագայթման ալիքի երկարության և հաճախականության անկախ որոշման վրա հիմնված մեթոդներ

1972 թվականին լույսի արագությունը որոշվեց անկախ ալիքի երկարության չափումների հիման վրա λ և լույսի հաճախականությունները ν . Լույսի աղբյուրն էր հելիում-նեոնային լազեր (λ = 3,39 մկմ): Ստացված արժեք գ = λν = 299792458± 1,2 մ/վ: (տե՛ս Դ.Վ. Սիվուխին, Օպտիկա, էջ 631):

Լույսի արագության անկախությունը աղբյուրի կամ ստացողի շարժումից

1887 թվականին Մայքելսոնի և Մորլիի հայտնի փորձը վերջապես հաստատեց, որ լույսի արագությունը կախված չէ Երկրի նկատմամբ դրա տարածման ուղղությունից։ Այսպիսով, եթերի այն ժամանակ գոյություն ունեցող տեսությունը հիմնովին խարխլվեց (տե՛ս BKF, Mechanics, p. 353):

Բալիստական ​​վարկած

Մայքելսոնի և Մորլիի փորձերի բացասական արդյունքը կարելի էր բացատրել այսպես կոչված բալիստիկվարկած, ըստ որի վակուումում լույսի արագությունը հաստատուն է և հավասար գմիայն աղբյուրի համեմատ: Եթե ​​լույսի աղբյուրը շարժվում է արագությամբ v ցանկացած հղման շրջանակի համեմատ, ապա լույսի արագությունը գ «Այս հղման շրջանակում վեկտորականորեն բաղկացած է գ Եվ v , այսինքն. գ " = գ + v (ինչպես պատահում է արկի արագության դեպքում՝ շարժվող հրացանից կրակելիս):

Այս վարկածը հերքվում է աստղագիտական ​​դիտարկումներկրկնակի աստղերի շարժման հետևում (Sitter, հոլանդացի աստղագետ, 1913):

Իսկապես, ենթադրենք, որ բալիստիկ վարկածը ճիշտ է։ Պարզության համար մենք կենթադրենք, որ երկուական աստղի բաղադրիչները պտտվում են իրենց զանգվածի կենտրոնի շուրջը շրջանաձև ուղեծրերով նույն հարթությունում, որում գտնվում է Երկիրը: Հետևենք այս երկու աստղերից մեկի շարժմանը։ Թող շրջանաձև ուղեծրում նրա շարժման արագությունը հավասար լինի v. Աստղի դիրքում, երբ այն հեռանում է Երկրից նրանց միացնող ուղիղ գծով, լույսի արագությունը (Երկրի համեմատ) հավասար է. գ–v, իսկ այն դիրքում, երբ աստղը մոտենում է, այն հավասար է գ+v. Եթե ​​ժամանակը հաշվենք այն պահից, երբ աստղն առաջին դիրքում էր, ապա այս դիրքից լույսը տվյալ պահին կհասնի Երկիր: տ 1 = Լ/(գ–v), որտեղ Լ- հեռավորությունը աստղից: Իսկ երկրորդ դիրքից լույսը կհասնի պահին տ 2 = Տ/2+Լ/(գ+v), որտեղ Տ- աստղի ուղեծրային շրջանը

(7)

Երբ բավականաչափ մեծ է Լ, տ 2 <տ 1, այսինքն. աստղը միաժամանակ տեսանելի կլինի երկու (կամ ավելի) դիրքերում կամ նույնիսկ կպտտվի հակառակ ուղղությամբ: Բայց սա երբեք չի նկատվել։

Սադեի փորձը

Սադեն 1963 թվականին կատարեց մի գեղեցիկ փորձ՝ ցույց տալով, որ արագությունը γ -ճառագայթները հաստատուն են՝ անկախ աղբյուրի արագությունից (տե՛ս ԲԿՖ, Մեխանիկա, էջ 372)։

Իր փորձերում նա օգտագործել է ոչնչացումը պոզիտրոնների տարանցման ժամանակ։ Ոչնչացման ժամանակ էլեկտրոնից և պոզիտրոնից բաղկացած համակարգի զանգվածի կենտրոնը շարժվում է մոտ (1/2) արագությամբ։ գ, իսկ ոչնչացման արդյունքում արտանետվում է երկու γ - քվանտա. Ստացիոնար վիճակում ոչնչացման դեպքում երկուսն էլ γ -քվանտները արտանետվում են 180 ° անկյան տակ և դրանց արագությունը հավասար է գ. Ճանապարհորդության ժամանակ ոչնչացման դեպքում այս անկյունը 180°-ից փոքր է և կախված է պոզիտրոնի արագությունից։ Եթե ​​արագությունը γ -քվանտան ավելացվել է զանգվածի կենտրոնի արագությամբ՝ ըստ վեկտորի գումարման դասական կանոնի, ապա γ - Պոզիտրոնի ճանապարհի ուղղությամբ որոշակի արագության բաղադրիչով շարժվող քվանտը պետք է ունենա ավելի մեծ արագություն, քան գ, և այդ մեկը γ - այն քվանտը, որն ունի արագության բաղադրիչ հակառակ ուղղությամբ, պետք է ունենա արագություն պակաս գ. Պարզվեց, որ հաշվիչների և ոչնչացման կետի միջև նույն հեռավորությունների վրա երկուսն էլ γ -քվանտները միաժամանակ հասնում են հաշվիչներին: Սա ապացուցում է, որ նույնիսկ շարժվող աղբյուրի դեպքում երկուսն էլ γ -քվանտները տարածվում են նույն արագությամբ:

Արագության սահմանափակում

Բերտոցիի փորձ 1964 թ

Հետևյալ փորձը ցույց է տալիս այն պնդումը, որ անհնար է արագացնել մասնիկը լույսի արագությունը գերազանցող արագությամբ. գ. Այս փորձի ժամանակ էլեկտրոնները արագացվեցին հաջորդաբար ավելի ուժեղ էլեկտրաստատիկ դաշտերով Վան դե Գրաֆ արագացուցիչի միջոցով, այնուհետև նրանք շարժվեցին հաստատուն արագությամբ դաշտից ազատ տարածության միջով:

Նրանց թռիչքի ժամանակը AB հայտնի հեռավորության վրա և, հետևաբար, արագությունը չափվել է ուղղակիորեն, և կինետիկ էներգիան (ուղևորության վերջում թիրախին հարվածելիս վերածվել է ջերմության) չափվել է ջերմային զույգի միջոցով:

Այս փորձի ժամանակ մեծ ճշգրտությամբ որոշվել է արագացնող ներուժի արժեքը φ . Էլեկտրոնի կինետիկ էներգիան է

Եթե ​​ճառագայթի խաչմերուկը թռչում է Նէլեկտրոններ վայրկյանում, ապա նրանց ճանապարհի վերջում ալյումինե թիրախին փոխանցվող հզորությունը պետք է հավասար լինի 1,6 10 –6 Ն erg/վրկ. Սա ճշգրիտ համընկնում էր թիրախի կողմից կլանված ուղղակիորեն որոշված ​​(ջերմազույգի օգտագործմամբ) հզորության հետ: Սա հաստատեց, որ էլեկտրոնները թիրախին են փոխանցել իրենց արագացման ընթացքում ստացված ողջ կինետիկ էներգիան։

Այս փորձերից հետևում է, որ էլեկտրոնները ստացել են արագացող դաշտի էներգիան, որը համաչափ է կիրառվող պոտենցիալ տարբերությանը, բայց դրանց արագությունը, այնուամենայնիվ, չի կարող անվերջ աճել և մոտեցել է լույսի արագությանը վակուումում։

Շատ այլ փորձեր, ինչպես վերը նկարագրվածը, ցույց են տալիս դա գմասնիկների արագության վերին սահմանն է։ Այսպիսով, մենք հաստատապես համոզված ենք, որ գ- սա ազդանշանի փոխանցման առավելագույն արագությունն է ինչպես մասնիկների, այնպես էլ էլեկտրամագնիսական ալիքների օգնությամբ. գ- սա առավելագույն արագությունն է:

Եզրակացություն:

1. Մեծություն գինվարիանտ իներցիոն հղման համակարգերի համար:

2. գ- ազդանշանի փոխանցման հնարավոր առավելագույն արագությունը.

Ժամանակի հարաբերականություն

Արդեն դասական մեխանիկայի մեջ տարածությունը հարաբերական է, այսինքն. Տարբեր իրադարձությունների միջև տարածական հարաբերությունները կախված են հղման շրջանակից, որում դրանք նկարագրված են: Այն պնդումը, որ երկու իրադարձություն տարբեր ժամանակներում տեղի են ունենում տարածության միևնույն վայրում կամ միմյանց նկատմամբ որոշակի հեռավորության վրա, իմաստ է ձեռք բերում միայն այն ժամանակ, երբ նշվում է, թե որ հղման շրջանակին է վերաբերում այս հայտարարությունը: Օրինակ՝ գնացքի խցիկում գտնվող սեղանի վրա ցատկող գնդակ: Խցիկում գտնվող ուղևորի տեսանկյունից գնդակը դիպչում է սեղանին սեղանի մոտավորապես նույն տեղում: Պլատֆորմում դիտորդի տեսանկյունից ամեն անգամ գնդակի կոորդինատը տարբեր է, քանի որ գնացքը շարժվում է սեղանի հետ միասին:

Ընդհակառակը, դասական մեխանիկայի մեջ ժամանակը բացարձակ է։ Սա նշանակում է, որ տարբեր հղման համակարգերում ժամանակը նույնն է հոսում: Օրինակ, եթե մեկ դիտորդի համար ցանկացած երկու իրադարձություն միաժամանակյա են, ապա ցանկացած մյուսի համար դրանք կլինեն միաժամանակ: Ընդհանուր առմամբ, երկու տվյալ իրադարձությունների միջև ընկած ժամանակահատվածը նույնն է բոլոր տեղեկատու շրջանակներում:

Կարելի է, սակայն, համոզվել, որ բացարձակ ժամանակ հասկացությունը խորը հակասության մեջ է Էյնշտեյնի հարաբերականության սկզբունքի հետ։ Սրա համար հիշենք, որ դասական մեխանիկայի մեջ բացարձակ ժամանակ հասկացության հիման վրա գոյություն ունի արագությունների գումարման հայտնի օրենք։ Բայց այս օրենքը, երբ կիրառվում է լույսի նկատմամբ, նշում է, որ լույսի արագությունը գտեղեկանք համակարգում Կ», շարժվելով արագությամբ Վհամակարգի համեմատ Կ, կապված լույսի արագության հետ գհամակարգում Կհարաբերակցությունը

դրանք. լույսի արագությունը տարբեր տեղեկատու համակարգերում տարբերվում է: Սա, ինչպես արդեն գիտենք, հակասում է հարաբերականության սկզբունքին և փորձարարական տվյալներին։

Այսպիսով, հարաբերականության սկզբունքը հանգեցնում է այն արդյունքի, որ ժամանակը բացարձակ չէ։ Այն տարբեր կերպ է հոսում տարբեր հղման շրջանակներում: Հետևաբար, այն պնդումը, որ երկու տվյալ իրադարձությունների միջև որոշակի ժամանակ է անցել, իմաստ է ստանում միայն այն դեպքում, եթե նշվում է, թե որ ուղղորդման շրջանակին է դա վերաբերում։ Մասնավորապես, իրադարձությունները, որոնք համաժամանակյա են ինչ-որ հղման շրջանակում, միաժամանակ չեն լինի մեկ այլ շրջանակում:

Սա բացատրենք պարզ օրինակով.

Դիտարկենք երկու իներցիոն կոորդինատային համակարգ ԿԵվ Կ«կոորդինատային առանցքներով xyzԵվ x " y " զ», և համակարգը Կ«շարժվում է համակարգի համեմատ Կառանցքների երկայնքով դեպի աջ xԵվ x«(նկ. 8) Թող ինչ-որ պահից Աառանցքի վրա x«Ազդանշանները միաժամանակ ուղարկվում են երկու միմյանց հակադիր ուղղություններով: Համակարգում ազդանշանի տարածման արագությունից. Կ«, ինչպես ցանկացած իներցիոն համակարգում, հավասար է (երկու ուղղություններով) գ, ապա ազդանշանները կհասնեն նույն հեռավորության վրա Ամիավորներ ԲԵվ Գժամանակի նույն պահին (համակարգում Կ ").

Այնուամենայնիվ, հեշտ է ստուգել, ​​որ այս երկու իրադարձությունները (ազդանշանների ժամանումը ԲԵվ Գ) համակարգում դիտորդի համար միաժամանակյա չի լինի Կ. Նրա համար նույնպես լույսի արագությունը հավասար է գերկու ուղղություններով, բայց մատնանշեք Բշարժվում է դեպի լույսը, որպեսզի լույսն ավելի շուտ հասնի դրան, իսկ կետը Գհեռանում է լույսից և հետևաբար ազդանշանը կհասնի ավելի ուշ:

Այսպիսով, Էյնշտեյնի հարաբերականության սկզբունքը հիմնարար փոփոխություններ է մտցնում հիմնական ֆիզիկական հասկացությունների մեջ: Ելնելով առօրյա փորձից՝ տարածության և ժամանակի մասին մեր պատկերացումները պարզվում են միայն մոտավոր՝ պայմանավորված այն հանգամանքով, որ առօրյա կյանքում մենք գործ ունենք միայն լույսի արագության համեմատ շատ փոքր արագությունների հետ։

1 Մի մասնիկից մյուսը տարածվող փոխազդեցությունը հաճախ խոսվում է որպես առաջին մասնիկից ուղարկված «ազդանշան» և առաջինի հետ տեղի ունեցած փոփոխության մասին «տեղեկացնելու երկրորդին»: Այն արագությունը, որով փոխազդեցությունները տարածվում են, հաճախ կոչվում է «ազդանշանի արագություն»:

2 Արեգակի շուրջ Յուպիտերի պտույտի ժամանակաշրջանը մոտավորապես 12 տարի է, Յուպիտերի շուրջ Իոյի պտույտի շրջանը՝ 42 ժամ։

ԴԱՍԱԽՈՍՈՒԹՅՈՒՆ 2

· Ինտերվալ. Մինկովսկու երկրաչափություն. Ինտերվալների անփոփոխություն.

· Ժամանակի և տարածության նման ընդմիջումներ:

· Բացարձակապես ապագա իրադարձություններ, բացարձակապես անցյալ իրադարձություններ,

ամբողջությամբ հեռացված իրադարձությունները.

· Թեթև կոն.

Ինտերվալ

Հարաբերականության տեսության մեջ հայեցակարգը հաճախ օգտագործվում է իրադարձություններ. Իրադարձությունը սահմանվում է այն վայրով, որտեղ այն տեղի է ունեցել և այն ժամանակով, որտեղ այն տեղի է ունեցել: Այսպիսով, իրադարձությունը, որը տեղի է ունեցել որոշակի նյութական մասնիկի հետ, որոշվում է այս մասնիկի երեք կոորդինատներով և ժամանակի այն պահով, երբ տեղի է ունեցել այս իրադարձությունը. x, y, զԵվ տ.

Հետևյալում, պարզության համար, մենք կօգտագործենք երևակայական քառաչափտարածություն, որի առանցքների վրա գծագրված են երեք տարածական կոորդինատներ և ժամանակ։ Այս տարածության մեջ ցանկացած իրադարձություն ներկայացված է կետով: Այս կետերը կոչվում են համաշխարհային միավորներ. Յուրաքանչյուր մասնիկ համապատասխանում է որոշակի գծի. համաշխարհային գիծայս քառաչափ տարածության մեջ: Այս գծի կետերը միշտ որոշում են մասնիկի կոորդինատները: Եթե ​​մասնիկը գտնվում է հանգստի վիճակում կամ շարժվում է միատեսակ և ուղղագիծ, ապա դրան համապատասխանում է աշխարհի ուղիղ գիծ։

Այժմ արտահայտենք լույսի արագության անփոփոխության սկզբունքը 1 մաթեմատիկորեն։ Դա անելու համար հաշվի առեք երկու իներցիոն հղման համակարգեր ԿԵվ Կ«, շարժվելով միմյանց նկատմամբ հաստատուն արագությամբ: Մենք ընտրում ենք կոորդինատային առանցքները այնպես, որ առանցքները xԵվ x«համընկել են, և կացինները yԵվ զկլինի առանցքներին զուգահեռ y«Եվ զ«Ժամանակը համակարգերում ԿԵվ Կ«նշել ըստ տԵվ տ".

Թող առաջին իրադարձությունը լինի կոորդինատներով կետից x 1 , y 1 , զ 1 միաժամանակ տ 1 (տեղեկանք համակարգում Կ) ազդանշան է ուղարկվում, որը շարժվում է լույսի արագությամբ: Մենք կդիտարկենք հղումային համակարգից Կայս ազդանշանի տարածման համար: Թող երկրորդ իրադարձությունը լինի այն, որ այս ազդանշանը հասնում է կետին x 2 , y 2 , զ 2 միաժամանակ տ 2. Քանի որ ազդանշանը շարժվում է լույսի արագությամբ գ, նրա անցած ճանապարհը հավասար է գ(տ 2 –տ 1). Մյուս կողմից, նույն հեռավորությունը հավասար է.

Արդյունքում պարզվում է, որ համակարգում երկու իրադարձությունների կոորդինատների միջև հետևյալ կապը վավեր է. Կ

Եթե x 1 , y 1 , զ 1 , տ 1 և x 2 , y 2 , զ 2 , տ 2 - ցանկացած երկու իրադարձությունների կոորդինատները, ապա արժեքը

Մինկովսկու երկրաչափություն

Եթե ​​երկու իրադարձություն անսահման մոտ են միմյանց, ապա միջակայքի համար դսնրանց միջև մենք ունենք

դս 2 = գ 2 dt 2 –dx 2 –դի 2 –ձ 2 .

(4)

(3) և (4) արտահայտությունների ձևը թույլ է տալիս ֆորմալ մաթեմատիկական տեսանկյունից միջակայքը դիտարկել որպես «հեռավորություն» երկու կետերի միջև երևակայական քառաչափ տարածության մեջ (որի առանցքների վրա արժեքները գծագրված են x, y, զև աշխատել ct) Այնուամենայնիվ, այս մեծությունը կազմելու կանոնում զգալի տարբերություն կա սովորական Էվկլիդեսյան երկրաչափության կանոնների համեմատ. միջակայքի քառակուսի ձևավորելիս ժամանակի առանցքի երկայնքով կոորդինատների տարբերության քառակուսին մտնում է գումարած նշան, և տարածական կոորդինատների տարբերությունների քառակուսիները՝ մինուս նշանով: Այս քառաչափ երկրաչափությունը, որը սահմանվում է քառակուսի ձևով (4), կոչվում է կեղծ-էվկլիդեսյանի տարբերություն սովորական, էվկլիդեսյան, երկրաչափության. Հարաբերականության տեսության հետ կապված այս երկրաչափությունը ներմուծել է Գ.Մինկովսկին։

Ինտերվալների անփոփոխություն

Ինչպես ցույց տվեցինք վերևում, եթե դս= 0 որոշ իներցիոն հղման համակարգում, ապա դս" = 0 ցանկացած այլ իներցիոն շրջանակում: Բայց դսԵվ դս«Միևնույն փոքրության կարգի անվերջ փոքր մեծություններ են: Հետևաբար, ընդհանուր դեպքում այս երկու պայմաններից հետևում է, որ դս 2 և դս«2-ը պետք է համաչափ լինեն միմյանց.

դս 2 = ա դս" 2 .

(5)

Համաչափության գործոն ակարող է կախված լինել միայն հարաբերական արագության բացարձակ արժեքից Վ երկու իներցիոն համակարգեր. Այն չի կարող կախված լինել կոորդինատներից և ժամանակից, քանի որ այդ ժամանակ տարածության տարբեր կետերը և ժամանակի պահերը անհավասար կլինեն, ինչը հակասում է տարածության և ժամանակի միատարրությանը: Այն չի կարող նաև կախված լինել հարաբերական արագության ուղղությունից Վ , քանի որ դա հակասում է տարածության իզոտրոպությանը:

Դիտարկենք հղման երեք իներցիոն շրջանակներ Կ, Կ 1 և Կ 2. Թող Վ 1 և Վ 2 - համակարգերի շարժման արագություններ Կ 1 և Կ 2 համակարգի համեմատ Կ. Հետո մենք ունենք

Բայց արագությունը Վ 12-ը կախված է ոչ միայն վեկտորների բացարձակ արժեքներից Վ 1 և Վ 2, բայց նաև անկյունից α նրանց միջեւ։ 2 Մինչդեռ վերջինս ընդհանրապես ներառված չէ (8) հարաբերության ձախ մասում։ Հետևաբար, այս հարաբերությունը կարող է բավարարվել միայն այն դեպքում, եթե գործառույթը ա(Վ) = հաստատ = 1.

Այսպիսով,

Այսպիսով, մենք հասանք շատ կարևոր արդյունքի.

Այս անփոփոխությունը լույսի արագության կայունության մաթեմատիկական արտահայտությունն է։

Լույսի կորպուսուլային հատկությունների և դրսևորումների փորձարարական հայտնաբերմամբ (ֆոտոէլեկտրական էֆեկտ, Կոմպտոնի էֆեկտ և այլ երևույթներ) լույսի քվանտային բնույթը մշակվել է Մ. Պլանկի և Ա. Էյնշտեյնի կողմից, որի շրջանակներում լույսը ցուցադրում է ինչպես ալիքային, այնպես էլ կորպուսուլային հատկություններ. այսպես կոչված կորպուսկուլյար - ալիքային դուալիզմ: (Մաքս Կարլ Էռնստ Լյուդվիգ Պլանկ - գերմանացի տեսական ֆիզիկոս, 1858-1947, Նոբելյան մրցանակ 1918՝ ճառագայթման օրենքների բացահայտման համար, Արթուր Հոթեյ Կոմփթոն, ամերիկացի ֆիզիկոս, 1892-1962, Նոբելյան մրցանակ 1927 թվական՝ նրա անվան էֆեկտի համար):

Ներածություն 3
1. Լույսի արագությունը որոշելու փորձեր: 4
1.1. Առաջին փորձերը. 4
1.1.1. Գալիլեոյի փորձը. 4
1.2 Լույսի արագության որոշման աստղագիտական ​​մեթոդներ. 4
1.2.1. Յուպիտերի Io արբանյակի խավարումը. 4
1.2.2. Լույսի շեղում. 6
1.3. Լույսի արագության չափման լաբորատոր մեթոդներ. 7
1.3.1. Սինխրոն հայտնաբերման մեթոդ. 7
1.4. Միջավայրում լույսի տարածման փորձեր. 9
1.4.1. Արման Ֆիզոյի փորձը. 9

1.4.3. A. Michelson-ի և Michelson - Morley-ի փորձերը: 12
1.4.4.Մայքելսոնի փորձի բարելավում. 13
2. Լույսի առավելագույն արագությունը. 14
2.1. Սադեի փորձը. 14
2.2. Բերտոցիի փորձը. 15
3. Լույսի արագությունը նյութում։ 17
4. Տախիոններ. Լույսի արագությունից մեծ արագությամբ շարժվող մասնիկներ։ 17
4.1. Երևակայական զանգվածներ. 17
4.2. Դանդաղեցնելու փոխարեն արագացնել: 18

5. Գերլուսավոր արագություն. 20
Եզրակացություն 22
Հղումներ 23

Աշխատանքը պարունակում է 1 ֆայլ

Դասընթաց թեմայի շուրջ.

«Լույսի արագությունը և դրա որոշման մեթոդները»

Ներածություն 3

1. Լույսի արագությունը որոշելու փորձեր: 4

1.1. Առաջին փորձերը. 4

1.1.1. Գալիլեոյի փորձը. 4

1.2 Լույսի արագության որոշման աստղագիտական ​​մեթոդներ. 4

1.2.1. Յուպիտերի Io արբանյակի խավարումը. 4

1.2.2. Լույսի շեղում. 6

1.3. Լույսի արագության չափման լաբորատոր մեթոդներ. 7

1.3.1. Սինխրոն հայտնաբերման մեթոդ. 7

1.4. Միջավայրում լույսի տարածման փորձեր. 9

1.4.1. Արման Ֆիզոյի փորձը. 9

1.4.2. Ֆուկոյի բարելավում. 10

1.4.3. A. Michelson-ի և Michelson - Morley-ի փորձերը: 12

1.4.4.Մայքելսոնի փորձի բարելավում. 13

2. Լույսի առավելագույն արագությունը. 14

2.1. Սադեի փորձը. 14

2.2. Բերտոցիի փորձը. 15

3. Լույսի արագությունը նյութում։ 17

4. Տախիոններ. Լույսի արագությունից մեծ արագությամբ շարժվող մասնիկներ։ 17

4.1. Երևակայական զանգվածներ. 17

4.2. Դանդաղեցնելու փոխարեն արագացնել: 18

4.3. Բացասական էներգիաներ. 19

5. Գերլուսավոր արագություն. 20

Եզրակացություն 22

Հղումներ 23

Ներածություն

Լույսի բնույթի մասին շահարկվել է դեռևս հին ժամանակներից: Հին մտածողները հավատում էին, որ լույսը «ատոմների» արտահոսքն է առարկաներից դիտորդի աչքերում (Պյութագորաս - մոտ 580 - 500 մ.թ.ա.): Միևնույն ժամանակ, որոշվեց լույսի տարածման ուղիղությունը, ենթադրվում էր, որ այն տարածվում է շատ մեծ արագությամբ, գրեթե ակնթարթորեն. 16-17-րդ դարերում Ռ.Դեկարտը (Ռենե Դեկարտ, ֆրանսիացի ֆիզիկոս, 1596-1650թթ.), Ռ.Հուկը (Ռոբերտ Հուկ, անգլիացի ֆիզիկոս, 1635-1703թթ.), Հ. ) բխում է նրանից, որ լույսի տարածումը միջավայրում ալիքների տարածումն է։ Իսահակ Նյուտոնը (Իսահակ Նյուտոն, անգլիացի ֆիզիկոս, 1643 - 1727) առաջ քաշեց լույսի կորպուսուլյար բնույթը, այսինքն. կարծում էր, որ լույսը մարմինների կողմից որոշակի մասնիկների արտանետումն է և տարածության մեջ դրանց բաշխումը։

1801 թվականին Տ. Յանգը (Թոմաս Յանգ, անգլիացի ֆիզիկոս, 1773-1829) դիտարկել է լույսի միջամտությունը, որը ծառայել է լույսի հետ փորձեր մշակելուն միջամտության և դիֆրակցիայի վրա։ Իսկ 1818 թվականին Օ.Ժ. Ֆրենելը (Augustin Jean Fresnel, ֆրանսիացի ֆիզիկոս, 1788-182 7) վերակենդանացրեց լույսի տարածման ալիքային տեսությունը։ Դ.Կ. Մաքսվելը, հաստատելով էլեկտրամագնիսական դաշտի ընդհանուր օրենքները, եկավ այն եզրակացության, որ լույսը էլեկտրամագնիսական ալիքներ է։ Այնուհետև առաջ քաշվեց «աշխարհի եթերի» վարկածը, որ լույսը էլեկտրամագնիսական ալիքների տարածումն է միջավայրում՝ «եթեր»: Համաշխարհային եթերի գոյությունը ստուգելու համար հայտնի փորձեր են իրականացրել Ա.Ա. Մայքելսոնը և Է.Վ. Մորլին (1837-1923), իսկ շարժվող միջավայրով լույսի ներթափանցման մասին՝ Ա.Ի. Ֆիզո. (Ալբերտ Աբրահամ Մայքելսոն, ամերիկացի ֆիզիկոս, 1852-1931, Նոբելյան մրցանակ 1907՝ ճշգրիտ գործիքների ստեղծման և դրանց օգնությամբ կատարված սպեկտրոսկոպիկ ու չափագիտական ​​ուսումնասիրությունների համար; Արման Հիպոլիտ Լուի Ֆիզո, ֆրանսիացի ֆիզիկոս, 1819-1896 թթ.): Արդյունքում ցույց տրվեց, որ համաշխարհային եթերը (համենայն դեպս այն իմաստով, որ ֆիզիկոսներն այն ժամանակ հավատում էին, ինչ-որ բացարձակ անշարժ միջավայր) գոյություն չունի։

Լույսի կորպուսուլային հատկությունների և դրսևորումների փորձարարական հայտնաբերմամբ (ֆոտոէլեկտրական էֆեկտ, Կոմպտոնի էֆեկտ և այլ երևույթներ) լույսի քվանտային բնույթը մշակվել է Մ. Պլանկի և Ա. Էյնշտեյնի կողմից, որի շրջանակներում լույսը ցուցադրում է ինչպես ալիքային, այնպես էլ կորպուսուլային հատկություններ. այսպես կոչված կորպուսկուլյար - ալիքային դուալիզմ: (Մաքս Կարլ Էռնստ Լյուդվիգ Պլանկ - գերմանացի տեսական ֆիզիկոս, 1858-1947, Նոբելյան մրցանակ 1918՝ ճառագայթման օրենքների բացահայտման համար, Արթուր Հոթեյ Կոմփթոն, ամերիկացի ֆիզիկոս, 1892-1962, Նոբելյան մրցանակ 1927 թվական՝ նրա անվան էֆեկտի համար):

Նրանք փորձել են նաեւ տարբեր եղանակներով չափել լույսի արագությունը՝ թե բնական, թե լաբորատոր պայմաններում։

1. Լույսի արագությունը որոշելու փորձեր:

1.1. Առաջին փորձերը.

1.1.1. Գալիլեոյի փորձը.

Առաջին մարդը, ով փորձեց փորձնականորեն չափել լույսի արագությունը, իտալացի Գալիլեո Գալիլեյն էր: Փորձը բաղկացած էր հետևյալից. երկու մարդ, որոնք կանգնած էին միմյանցից մի քանի կիլոմետր հեռավորության վրա գտնվող բլուրների գագաթներին, ազդանշաններ էին տալիս՝ օգտագործելով փեղկերով հագեցած լապտերներ։ Այս փորձը, որը հետագայում իրականացվել է Ֆլորենցիայի ակադեմիայի գիտնականների կողմից, նա արտահայտել է իր «Զրույցներ և մաթեմատիկական ապացույցներ գիտության երկու նոր ճյուղերի վերաբերյալ՝ կապված մեխանիկայի և տեղային շարժման հետ» աշխատության մեջ (հրատարակվել է Լեյդենում 1638 թ.):

Փորձից հետո Գալիլեոն եզրակացրեց, որ լույսի արագությունը շարժվում է ակնթարթորեն, իսկ եթե ոչ ակնթարթորեն, ապա չափազանց մեծ արագությամբ։

Այն ժամանակ Գալիլեոյին հասանելի միջոցները, բնականաբար, թույլ չէին տալիս, որ այս հարցը այդքան հեշտ լուծվի, և նա դա լիովին գիտակցում էր։

1.2 Լույսի արագության որոշման աստղագիտական ​​մեթոդներ.

1.2.1. Յուպիտերի Io արբանյակի խավարումը.

O.K. Roemer (1676, Ole Christensen Roemer, հոլանդացի աստղագետ, 1644-1710) դիտել է Յուպիտերի (J) - Io արբանյակի խավարումը, որը հայտնաբերվել է Գալիլեոյի կողմից 1610 թվականին (նա հայտնաբերել է նաև Յուպիտերի ևս 3 արբանյակ): Յուպիտերի շուրջ Io արբանյակի ուղեծրի շառավիղը 421600 կմ է, արբանյակի տրամագիծը՝ 3470 կմ (տե՛ս նկ. 2.1 և 2.2)։ Խավարման ժամանակը = 1,77 օր = 152928 վ. O.K. Ռումերը նկատեց խավարումների պարբերականության խախտում, և Ռոմերը այս երևույթը կապեց լույսի վերջավոր արագության հետ։ Rj Արեգակի շուրջ Յուպիտերի ուղեծրի շառավիղը զգալիորեն մեծ է Rz Երկրի ուղեծրի շառավղից, իսկ ուղեծրի շրջանը մոտավորապես 12 տարի է։ Այսինքն՝ Երկրի կիսապտույտի ժամանակ (վեց ամիս) Յուպիտերը ուղեծրով կշարժվի որոշակի հեռավորության վրա և, եթե գրանցենք լուսային ազդանշանի ժամանման ժամանակը Յուպիտերի ստվերից Իոյի հայտնվելու պահից, ապա լույսը պետք է ավելի մեծ տարածություն անցնի դեպի Երկիր 2-ի դեպքում, քան 1-ում (տես նկ. 2.2): Թող լինի ժամանակի այն պահը, երբ Իոն դուրս է գալիս Յուպիտերի ստվերից՝ համաձայն Երկրի վրա ժամացույցի, և թող լինի ժամանակի իրական պահը, երբ դա տեղի է ունենում: Այնուհետև մենք ունենք.

որտեղ է հեռավորությունը, որով անցնում է լույսը Երկիր: Հաջորդ Io ելքում մենք ունենք նմանապես.

որտեղ է նոր հեռավորությունը, որով լույսը անցնում է Երկիր: Յուպիտերի շուրջ Io-ի ուղեծրի իրական ժամանակաշրջանը որոշվում է ժամանակային տարբերությամբ.

Իհարկե, մի ժամանակահատվածում, երբ մեկ խավարում է տեղի ունենում, դժվար է մեծ ճշգրտությամբ որոշել այդ ժամանակները։ Ուստի ավելի հարմար է դիտարկումներ անցկացնել վեց ամսվա ընթացքում, երբ Երկիր հեռավորությունը փոխվում է իր առավելագույն արժեքով։ Այս դեպքում խավարման իրական ժամանակաշրջանը կարող է սահմանվել որպես միջին արժեք վեց ամսվա կամ մեկ տարվա ընթացքում: Դրանից հետո դուք կարող եք որոշել լույսի արագությունը երկու հաջորդական չափումներից հետո, երբ Իոն հեռանում է ստվերից.

Արժեքները հայտնաբերվում են աստղագիտական ​​հաշվարկներից: Այնուամենայնիվ, մեկ խավարման ժամանակ այս հեռավորությունը քիչ է փոխվում: Ավելի հարմար է վեց ամսվա ընթացքում չափումներ կատարել (երբ Երկիրը շարժվում է դեպի իր ուղեծրի մյուս կողմը) և ստանալ խավարման ընդհանուր ժամանակը.

որտեղ n-ն այս վեց ամիսների ընթացքում խավարումների թիվն է: Երկիր լույսի տարածման մյուս բոլոր միջանկյալ ժամանակները կրճատվել են, քանի որ մեկ խավարման ժամանակ հեռավորությունը քիչ է փոխվում։ Այստեղից Ռոմերը ստացել է լույսի արագությունը, որը հավասար է c=214300 կմ/վրկ-ի։

1.2.2. Լույսի շեղում.

Աստղագիտության մեջ շեղումը երկնային ոլորտի վրա աստղի տեսանելի դիրքի փոփոխությունն է, այսինքն՝ աստղի տեսանելի ուղղության շեղումը իրականից, որը պայմանավորված է լույսի վերջավոր արագությամբ և դիտորդի շարժումով։ Ցերեկային շեղումը պայմանավորված է Երկրի պտույտով. տարեկան - Երկրի պտույտ Արեգակի շուրջ;

դար - արեգակնային համակարգի շարժումը տիեզերքում:

Բրինձ. Աստղային լույսի շեղում.

Այս երևույթը հասկանալու համար մենք կարող ենք պարզ անալոգիա անել. Անքամի եղանակին ուղղահայաց թափվող անձրևի կաթիլները թեքված հետք են թողնում շարժվող մեքենայի կողային ապակու վրա։

Լույսի շեղման արդյունքում աստղի տեսանելի ուղղությունը տարբերվում է իրական ուղղությունից մի անկյան տակ, որը կոչվում է շեղման անկյուն։ Նկարից պարզ է դառնում, որ

որտեղ է Երկրի շարժման արագության բաղադրիչը ուղղահայաց դեպի աստղի ուղղությանը:

Գործնականում շեղման (տարեկան) երեւույթը դիտվում է հետեւյալ կերպ. Յուրաքանչյուր դիտարկման ժամանակ աստղադիտակի առանցքը տիեզերքում կողմնորոշվում է աստղային երկնքի նկատմամբ նույն կերպ, իսկ աստղի պատկերը ամրագրվում է աստղադիտակի կիզակետային հարթությունում։ Այս պատկերը նկարագրում է էլիպս մեկ տարվա ընթացքում: Իմանալով էլիպսի պարամետրերը և փորձի երկրաչափությանը համապատասխանող այլ տվյալներ՝ կարելի է հաշվարկել լույսի արագությունը։ 1727 թվականին աստղագիտական ​​դիտարկումներից Ջ.Բրեդլին գտել է 2*=40,9» և ստացել.

s = 303000 կմ/վ:

1.3. Լույսի արագության չափման լաբորատոր մեթոդներ.

1.3.1. Սինխրոն հայտնաբերման մեթոդ.

Լույսի արագությունը չափելու համար Արմանդ Ֆիզոն (1849) օգտագործել է սինխրոն հայտնաբերման մեթոդը։ Նա օգտագործել է արագ պտտվող սկավառակ N ատամներով (նկ. 2.3), որոնք անթափանց հատվածներ էին։ Այս հատվածների (ատամների) միջև լույսը աղբյուրից փոխանցվել է արտացոլող հայելուն և հետադարձ դեպի դիտորդ: Այս դեպքում հատվածների միջնակետերի անկյունը հավասար է

Պտտման անկյունային արագությունն ընտրվել է այնպես, որ լույսը, սկավառակի հետևի հայելից արտացոլվելուց հետո, մտնի դիտորդի աչքերը, երբ անցնում է հարակից անցքից: Լույսի շարժման ընթացքում սկավառակից դեպի հայելի և ետ.

սկավառակի պտույտը կազմում է անկյուն

Իմանալով L հեռավորությունը, ω սկավառակի անկյունային արագությունը և լույսի առաջացման անկյունը △φ, մենք կարող ենք ստանալ լույսի արագությունը։ Ֆիզոն ստացավ c = (315300500) կմ/վրկ արագության արժեք։ Մոտավորապես նույն մեթոդներով փորձարարները ստացան լույսի արագության ճշգրտված արժեքը = (298,000,500) կմ/վ (1862), այնուհետև = (2997964) կմ/վրկ (Ա. Միխելսոնը 1927 և 1932 թվականներին): Ավելի ուշ Բերգստրանդը ստացել է - c = (299793.10.3) կմ/վ:

Եկեք այստեղ նշենք լույսի արագությունը չափելու ամենաճշգրիտ եղանակներից մեկը՝ խոռոչի ռեզոնատորի մեթոդը, որի հիմնական գաղափարը կանգնած լույսի ալիքի ձևավորումն է և կիսաալիքների թվի հաշվարկը կիսաալիքների երկարության վրա։ ռեզոնատոր. Լույսի արագության c, ալիքի երկարության λ, T պարբերության և ν հաճախականության հիմնական հարաբերությունները ունեն ձև.

Այստեղ ներկայացվում է նաև շրջանաձև հաճախականությունը, որը ոչ այլ ինչ է, քան ω ամպլիտուդի պտտման անկյունային արագությունը, եթե տատանումները ներկայացված են որպես պտտվող շարժման պրոյեկցիա առանցքի վրա։ Լույսի կանգուն ալիքի առաջացման դեպքում ռեզոնատորի երկարությամբ տեղավորվում է կիսաալիքների ամբողջ թիվ։ Գտնելով այս թիվը և օգտագործելով (*) հարաբերությունները՝ կարող եք որոշել լույսի արագությունը։

Վերջին առաջխաղացումները (1978) տվել են լույսի արագության հետևյալ արժեքը՝ c = 299792.458 կմ/վ = (299792458 1.2) մ/վ:

1.4. Միջավայրում լույսի տարածման փորձեր.

1.4.1. Արման Ֆիզոյի փորձը.

Արման Ֆիզոյի փորձը (1851)։ Ֆիզոն դիտարկել է լույսի տարածումը շարժվող միջավայրում։ Դա անելու համար նա լույսի ճառագայթ անցկացրեց կանգնած և հոսող ջրի միջով և, օգտագործելով լույսի միջամտության ֆենոմենը, համեմատեց միջամտության օրինաչափությունները, որոնց վերլուծության միջոցով հնարավոր եղավ դատել լույսի տարածման արագության փոփոխությունը (տես նկար 2.4): ) Լույսի երկու ճառագայթները, որոնք արտացոլվում են կիսաթափանցիկ հայելից (ճառագայթ 1) և անցնում են դրա միջով (ճառագայթ 2), երկու անգամ անցնում են ջրով խողովակի միջով և այնուհետև էկրանին ստեղծում միջամտության նախշ: Սկզբում այն ​​չափվում է անշարժ ջրում, իսկ հետո հոսող ջրի մեջ՝ V արագությամբ։

Այս դեպքում մեկ ճառագայթը (1) շարժվում է հոսքի հետ, իսկ երկրորդը (2) շարժվում է ջրի հոսքին հակառակ: Միջամտության եզրերի տեղաշարժը տեղի է ունենում երկու ճառագայթների միջև ուղու տարբերության փոփոխության պատճառով: Չափվում է ճառագայթների ուղու տարբերությունը և դրանից որոշվում լույսի տարածման արագության փոփոխությունը։ Լույսի արագությունը անշարժ միջավայրում ĉ կախված է n միջավայրի բեկման ինդեքսից.

Համաձայն Գալիլեոյի հարաբերականության սկզբունքի, դիտորդի համար, ում նկատմամբ լույսը շարժվում է միջավայրում, արագությունը պետք է հավասար լինի.

Ֆիզոն փորձնականորեն հաստատեց, որ ջրի արագության V գործակից կա, և, հետևաբար, բանաձևը հետևյալն է.

որտեղ *-ը շարժվող միջավայրի լույսի ներգրավման գործակիցն է.

Այսպիսով, Ֆիզոյի փորձը ցույց տվեց, որ արագություններ ավելացնելու դասական կանոնը կիրառելի չէ, երբ լույսը տարածվում է շարժվող միջավայրում, այսինքն. լույսը միայն մասամբ է ներծծվում շարժվող միջավայրի կողմից: Ֆիզոյի փորձը կարևոր դեր է խաղացել շարժվող միջավայրերի էլեկտրադինամիկայի կառուցման գործում։

Այն ծառայեց որպես հիմնավորում SRT-ի համար, որտեղ * գործակիցը ստացվում է արագությունների գումարման օրենքից (եթե սահմանափակվենք ճշտության առաջին կարգով ν/c-ի փոքր արժեքի համար)։ Եզրակացությունը, որը բխում է այս փորձից, այն է, որ դասական (Գալիլեյան) փոխակերպումները կիրառելի չեն լույսի տարածման մեջ։

1.4.2. Ֆուկոյի բարելավում.

Երբ Ֆիզոն հայտարարեց իր չափումների արդյունքը, գիտնականները կասկածի տակ դրեցին այս վիթխարի գործչի հուսալիությունը, ըստ որի լույսը Արեգակից Երկիր է հասնում 8 րոպեում և կարող է Երկրի շուրջը պտտվել վայրկյանի ութերորդում: Անհավանական էր թվում, որ մարդը կարող էր նման ահռելի արագություն չափել նման պարզունակ գործիքներով։ Լույսն անցնում է ավելի քան ութ կիլոմետր Ֆիզոյի հայելիների միջև վայրկյանում 1/36000: Անհնար է, շատերն ասացին. Սակայն Ֆիզոյի ստացած ցուցանիշը շատ մոտ էր Ռոմերի արդյունքին։ Սա հազիվ թե կարող է զուտ պատահականություն լինել:

Տասներեք տարի անց, երբ թերահավատները դեռ կասկածում էին և հեգնական արտահայտություններ էին անում, Ժան Բեռնար Լեոն Ֆուկոն՝ փարիզյան հրատարակչի որդին և մի ժամանակ պատրաստվում էր բժիշկ դառնալ, լույսի արագությունը որոշեց մի փոքր այլ կերպ։ Նա մի քանի տարի աշխատել է Ֆիզոյի հետ և շատ է մտածել, թե ինչպես բարելավել իր փորձը: Փոխանցման անիվի փոխարեն Ֆուկոն օգտագործեց պտտվող հայելի։

Բրինձ. 3. Ֆուկոյի տեղադրումը.

Որոշ բարելավումներից հետո Մայքելսոնն օգտագործել է այս սարքը լույսի արագությունը որոշելու համար։ Այս սարքում փոխանցման անիվը փոխարինվում է պտտվող հարթ հայելու C-ով: Եթե հայելին C-ն անշարժ է կամ շատ դանդաղ է պտտվում, լույսը արտացոլվում է կիսաթափանցիկ B հայելու վրա՝ հոծ գծով նշված ուղղությամբ: Երբ հայելին արագ պտտվում է, արտացոլված ճառագայթը շարժվում է դեպի կետավոր գծով նշված դիրքը: Նայելով ակնոցի միջով դիտորդը կարող էր չափել ճառագայթի տեղաշարժը: Այս չափումը նրան տվել է α անկյան կրկնակի արժեքը, այսինքն. հայելու պտտման անկյունը այն ժամանակի ընթացքում, երբ լույսի ճառագայթը C-ից անցավ գոգավոր հայելին A և ետ դեպի C: Իմանալով C հայելու պտտման արագությունը, A-ից C հեռավորությունը և հայելու պտտման անկյունը C այս ընթացքում հնարավոր է եղել հաշվարկել լույսի արագությունը։

Ձեր լավ աշխատանքը գիտելիքների բազա ներկայացնելը հեշտ է: Օգտագործեք ստորև ներկայացված ձևը

Ուսանողները, ասպիրանտները, երիտասարդ գիտնականները, ովքեր օգտագործում են գիտելիքների բազան իրենց ուսումնառության և աշխատանքի մեջ, շատ շնորհակալ կլինեն ձեզ:

Տեղադրված է http://www.allbest.ru/ կայքում

Լույսի արագությունը և դրա որոշման մեթոդները

Պլանավորել

Ներածություն

1. Լույսի արագության չափման աստղագիտական ​​մեթոդներ

1.1 Ռոմերի մեթոդ

1.2 Լույսի շեղման մեթոդ

1.3 Ընդհատման մեթոդ (Fizeau մեթոդ)

1.4 Պտտվող հայելու մեթոդ (Ֆուկոյի մեթոդ)

1.5 Մայքելսոնի մեթոդ

Ներածություն

Լույսի արագությունը ամենակարևոր ֆիզիկական հաստատուններից է, որը կոչվում է հիմնարար։ Այս հաստատունը առանձնահատուկ նշանակություն ունի ինչպես տեսական, այնպես էլ փորձարարական ֆիզիկայում և հարակից գիտություններում։ Լույսի արագության ճշգրիտ արժեքը պահանջվում է իմանալ ռադիոյի և լույսի գտնվելու վայրում, Երկրից այլ մոլորակներ հեռավորությունը չափելիս և արբանյակների և տիեզերանավերի կառավարման ժամանակ: Լույսի արագության որոշումն ամենակարևորն է օպտիկայի, մասնավորապես շարժվող միջավայրերի օպտիկայի և ընդհանրապես ֆիզիկայի համար: Եկեք ծանոթանանք լույսի արագության որոշման մեթոդներին։

1. Լույսի արագության չափման աստղագիտական ​​մեթոդներ

1.1 Ռոմերի մեթոդը

Լույսի արագության առաջին չափումները հիմնված էին աստղագիտական ​​դիտարկումների վրա։ Լույսի արագության հուսալի արժեք, որը մոտ է իր ժամանակակից արժեքին, առաջին անգամ ստացել է Ռոմերը 1676 թվականին Յուպիտեր մոլորակի արբանյակների խավարումները դիտարկելիս:

Երկնային մարմնից Երկիր լուսային ազդանշանի հասնելու ժամանակը կախված է հեռավորությունից Լլուսատուի գտնվելու վայրը. Երկնային մարմնի վրա տեղի ունեցող մի երևույթ նկատվում է ուշացումով, որը հավասար է լուսատուից Երկիր լույսի անցնելու ժամանակին.

Որտեղ Հետ- լույսի արագություն.

Եթե ​​դիտարկենք Երկրից հեռու համակարգում տեղի ունեցող որևէ պարբերական գործընթաց, ապա Երկրի և համակարգի միջև մշտական ​​հեռավորության դեպքում այս ուշացման առկայությունը չի ազդի դիտարկվող գործընթացի ժամանակաշրջանի վրա: Եթե ​​ժամանակահատվածում Երկիրը հեռանա համակարգից կամ մոտենա նրան, ապա առաջին դեպքում ժամանակաշրջանի ավարտը կգրանցվի ավելի մեծ ուշացումով, քան դրա սկիզբը, ինչը կբերի ժամանակաշրջանի ակնհայտ աճի։ Երկրորդ դեպքում, ընդհակառակը, ժամանակաշրջանի ավարտը կգրանցվի ավելի քիչ ուշացումով, քան դրա սկիզբը, ինչը կբերի ժամանակաշրջանի ակնհայտ նվազմանը։ Երկու դեպքում էլ ժամանակաշրջանի ակնհայտ փոփոխությունը հավասար է ժամանակաշրջանի սկզբում և վերջում երկրի և համակարգի միջև հեռավորությունների տարբերության և լույսի արագության հարաբերությանը:

Վերոնշյալ նկատառումները կազմում են Ռեմերի մեթոդի հիմքը։

Ռոմերն անցկացրել է Io արբանյակի դիտարկումը, որի ուղեծրի շրջանը 42 ժամ 27 րոպե 33 վայրկյան է։

Երբ Երկիրը շարժվում է իր ուղեծրի մի մասով Ե 1 Ե 2 Ե 3 այն հեռանում է Յուպիտերից և պետք է նկատվի ժամանակաշրջանի աճ: Տարածքում շարժվելիս Ե 3 Ե 4 Ե 1 դիտարկվող ժամանակահատվածը իրականից փոքր կլինի։ Քանի որ մեկ ժամանակահատվածում փոփոխությունը փոքր է (մոտ 15 վ), էֆեկտը հայտնաբերվում է միայն երկար ժամանակահատվածում իրականացված մեծ թվով դիտարկումներով: Եթե, օրինակ, խավարումներ եք դիտում վեց ամիս շարունակ՝ սկսած Երկրին հակադրվելու պահից (կետ Ե 1 ) մինչև «միացման» պահը (կետ Ե 3 ), ապա առաջին և վերջին խավարումների միջև ընկած ժամանակահատվածը տեսականորեն հաշվարկվածից ավելի երկար կլինի 1320 վրկ-ով։ Խավարման ժամանակաշրջանի տեսական հաշվարկն իրականացվել է հակառակությանը մոտ ուղեծրային կետերում։ Որտեղ Երկրի և Յուպիտերի միջև հեռավորությունը գործնականում չի փոխվում ժամանակի ընթացքում:

Արդյունքում առաջացած անհամապատասխանությունը կարելի է բացատրել միայն նրանով, որ վեց ամսվա ընթացքում Երկիրը տեղից շարժվեց Ե 1 դեպի կետ Ե 3 և լույսը վեց ամսվա վերջում պետք է անցնի ավելի մեծ ճանապարհ, քան սկզբում, հատվածի չափով Ե 1 Ե 3 , հավասար է երկրի ուղեծրի տրամագծին։ Այսպիսով, որոշակի ժամանակահատվածի համար աննկատ ուշացումները կուտակվում են և ձևավորում են առաջացած ուշացումը: Ռոմերի կողմից որոշված ​​ուշացման արժեքը 22 րոպե էր: Երկրի ուղեծրի տրամագիծը հավասար է կմ-ի, մենք կարող ենք լույսի արագության արժեք ստանալ 226000 կմ/վրկ։

Ռոմերի չափումների հիման վրա որոշված ​​լույսի արագությունը ավելի քիչ է, քան ժամանակակից արժեքը։ Հետագայում կատարվել են խավարումների ավելի ճշգրիտ դիտարկումներ, որոնցում ուշացման ժամանակը պարզվել է 16,5 րոպե, որը համապատասխանում է լույսի 301000 կմ/վ արագությանը։

1.2 Լույսի շեղման մեթոդ

լույսի արագության չափում աստղագիտական

Երկրի վրա դիտորդի համար աստղի նկատմամբ տեսողության գծի ուղղությունը տարբեր կլինի, եթե այդ ուղղությունը որոշվի տարվա տարբեր ժամանակներում, այսինքն՝ կախված Երկրի դիրքից իր ուղեծրում: Եթե ​​ուղղությունը դեպի որևէ աստղ որոշվում է վեցամսյա ընդմիջումներով, այսինքն՝ երբ Երկիրը գտնվում է Երկրի ուղեծրի տրամագծի հակառակ ծայրերում, ապա ստացված երկու ուղղությունների միջև անկյունը կոչվում է տարեկան պարալաքս (նկ. 2): . Որքան հեռու է աստղը, այնքան փոքր է նրա պարալաքսի անկյունը: Չափելով տարբեր աստղերի պարալաքսի անկյունները՝ հնարավոր է որոշել այդ աստղերի հեռավորությունը մեր մոլորակից:

1725-1728 թթ Անգլիացի աստղագետ Բրեդլի Ջեյմսը չափել է անշարժ աստղերի տարեկան պարալաքսը։ Դրակոն համաստեղության աստղերից մեկին դիտարկելիս նա հայտնաբերեց, որ նրա դիրքը փոխվում է տարվա ընթացքում։ Այս ընթացքում նա նկարագրեց մի փոքր շրջան, որի անկյունային չափերը հավասար էին 40,9 »: Ընդհանուր դեպքում, Երկրի ուղեծրային շարժման արդյունքում աստղը նկարագրում է էլիպս, որի հիմնական առանցքն ունի նույն անկյունային չափերը։ Խավարածրի հարթությունում ընկած աստղերի համար էլիպսը վերածվում է ուղիղ գծի, իսկ բևեռի մոտ ընկած աստղերի համար՝ շրջանագծի: (Խավարումը երկնային ոլորտի այն մեծ շրջանն է, որի երկայնքով տեղի է ունենում Արեգակի տեսանելի տարեկան շարժումը):

Բրեդլիի կողմից չափված տեղաշարժի քանակը զգալիորեն ավելի մեծ էր, քան սպասվող պարալլակտիկ տեղաշարժը: Բրեդլին այս երեւույթն անվանել է լույսի շեղում և բացատրել լույսի վերջավոր արագությամբ։ Այն կարճ ժամանակահատվածում, որի ընթացքում աստղադիտակի ոսպնյակի վրա ընկնող լույսը տարածվում է ոսպնյակից դեպի ակնոց, Երկրի ուղեծրային շարժման արդյունքում ակնաբույժը տեղափոխվում է շատ փոքր հատվածով (նկ. 3): Արդյունքում աստղի պատկերը կփոխվի մի հատվածով Ա. Աստղադիտակը կրկին դեպի աստղը ուղղելիս այն պետք է թեթևակի թեքվի Երկրի շարժման ուղղությամբ, որպեսզի աստղի պատկերը կրկին համընկնի ակնաբույժի խաչմերուկի կենտրոնի հետ:

Թող աստղադիտակի թեքության անկյունը հավասար լինի b. Եկեք նշենք այն ժամանակը, որն անհրաժեշտ է լույսի համար հատվածը անցնելու համար Վ, որը հավասար է աստղադիտակի ոսպնյակից մինչև նրա ակնաբույժ հեռավորությանը, հավասար է f. Ապա հատվածը, և

Բրեդլիի չափումներից հայտնի դարձավ, որ Երկրի երկու դիրքերում, որոնք ընկած են ուղեծրի միևնույն տրամագծի վրա, աստղն իր իրական դիրքից տեղաշարժված է թվում նույն անկյան տակ։ Դիտարկման այս ուղղությունների միջև եղած անկյունը, որտեղից, իմանալով ուղեծրում Երկրի արագությունը, կարելի է գտնել լույսի արագությունը։ Բրեդլին ստացավ Հետ= 306000 կմ/վրկ.

Նշենք, որ լույսի շեղման երեւույթը կապված է տարվա ընթացքում Երկրի արագության ուղղության փոփոխության հետ։ Այս երեւույթի բացատրությունը հիմնված է լույսի կորպուսուլյար հասկացությունների վրա: Լույսի շեղման դիտարկումը ալիքի տեսության տեսանկյունից ավելի բարդ է և կապված է լույսի տարածման վրա Երկրի շարժման ազդեցության հարցի հետ։

Ռոմերն ու Բրեդլին ցույց տվեցին, որ լույսի արագությունը վերջավոր է, թեև դա մեծ նշանակություն ունի։ Լույսի տեսության հետագա զարգացման համար կարևոր էր պարզել, թե ինչ պարամետրերից է կախված լույսի արագությունը և ինչպես է այն փոխվում, երբ լույսն անցնում է մի միջավայրից մյուսը: Դրա համար անհրաժեշտ էր մշակել ցամաքային աղբյուրներից լույսի արագության չափման մեթոդներ։ Նման փորձերի առաջին փորձերը կատարվել են 19-րդ դարի սկզբին։

1.3 Ընդհատման մեթոդ (Fizeau մեթոդ)

Երկրային աղբյուրներից լույսի արագության որոշման առաջին փորձարարական մեթոդը մշակվել է 1449 թվականին ֆրանսիացի ֆիզիկոս Արման Հիպոլիտ Լուի Ֆիզոյի կողմից։ Փորձարարական սխեման ներկայացված է Նկ. .4.

Լույսը տարածվում է աղբյուրից ս, մասամբ արտացոլված կիսաթափանցիկ ափսեից Ռև գնում է հայելու մոտ Մ. Ճառագայթի ճանապարհին կա լույսի անջատիչ `փոխանցման անիվ TO, որի առանցքը OO"ճառագայթին զուգահեռ: Լույսի ճառագայթները անցնում են ատամների միջով և արտացոլվում հայելու միջոցով Մև հետ են ուղարկվում հանդերձանքի և ափսեի միջով Ռդիտորդին.

Երբ անիվը դանդաղ է պտտվում TOլույսը, անցնելով ատամների միջով, կարողանում է վերադառնալ նույն բացվածքով և մտնում է դիտորդի աչքը։ Այն պահերին, երբ ճառագայթների ճանապարհը հատում է ատամը, լույսը չի հասնում դիտորդին։ Այսպիսով, ցածր անկյունային արագության դեպքում դիտորդը ընկալում է թարթող լույսը: Եթե ​​մեծացնեք անիվի պտտման արագությունը, ապա որոշակի արժեքով լույսը, որն անցնում է ատամների միջև մեկ բացվածքով, հասնում է հայելուն և հետ է վերադառնում, նույն բացը չի ընկնի։ դ, բայց կփակվի այս պահին բացվածքի դիրքը զբաղեցրած ատամով դ. Հետևաբար, անկյունային արագության դեպքում բացից բացարձակապես ոչ մի լույս չի մտնի դիտորդի աչքը դ, ոչ էլ բոլոր հաջորդներից (առաջին մթնում)։ Եթե ​​վերցնենք ատամների քանակը n, ապա անիվը սահիկի վրա պտտելու ժամանակը հավասար է

Ժամանակ է պահանջվում, որ լույսը անցնի անիվից մինչև հայելի հեռավորությունը Մև հակառակը հավասար է

Որտեղ լ- անիվի հեռավորությունը հայելից (հիմք): Հավասարեցնելով այս երկու ժամանակային միջակայքերը՝ մենք ստանում ենք այն պայմանը, որի դեպքում տեղի է ունենում առաջին մթությունը.

որտեղ կարող եք որոշել լույսի արագությունը.

որտեղ է պտույտների թիվը վայրկյանում:

Fizeau-ի տեղադրման ժամանակ հիմքը 8,63 կմ էր, անիվի ատամների թիվը՝ 720, իսկ առաջին մգացումը տեղի է ունեցել 12,6 ռ/վ հաճախականությամբ։ Եթե ​​դուք կրկնապատկեք անիվի արագությունը, ապա կնկատվի պայծառ տեսադաշտ՝ եռակի պտույտի արագությամբ, նորից մթություն կառաջանա և այլն։ Ֆիզոյի հաշվարկած լույսի արագությունը 313300 կմ/վ է։

Նման չափումների հիմնական դժվարությունը մթության պահը ճշգրիտ որոշելն է։ Ճշգրտությունը բարելավվում է ինչպես ավելի մեծ հիմքերի, այնպես էլ ընդհատումների արագության դեպքում, որոնք թույլ են տալիս ավելի բարձր կարգի խավարումները դիտարկել: Այսպիսով, Պերոտինը 1902 թվականին չափումներ է իրականացրել 46 կմ բազային երկարությամբ և ստացել լույսի արագության 29987050 կմ/վ արժեք։ Աշխատանքներն իրականացվել են չափազանց մաքուր ծովային օդում՝ բարձրորակ օպտիկայով։

Պտտվող անիվի փոխարեն կարող են օգտագործվել լույսի ընդհատման այլ, ավելի առաջադեմ մեթոդներ, օրինակ՝ Kerr բջիջը, որը կարող է օգտագործվել վայրկյանում 107 անգամ լույսի ճառագայթն ընդհատելու համար։ Այս դեպքում դուք կարող եք զգալիորեն նվազեցնել բազան: Այսպիսով, Անդերսոնի տեղադրման մեջ (1941 թ.) Քերի բջիջով և ֆոտոէլեկտրական ձայնագրությամբ, հիմքը ստացավ ընդամենը 3 մ Հետ= 29977614 կմ/վ:

1.4 Պտտվող հայելու մեթոդ (Ֆուկոյի մեթոդ)

Լույսի արագության որոշման մեթոդը, որը մշակվել է 1862 թվականին Ֆուկոյի կողմից, կարելի է վերագրել առաջին լաբորատոր մեթոդներին։ Օգտագործելով այս մեթոդը՝ Ֆուկոն չափեց լույսի արագությունը այն միջավայրում, որի համար բեկման ինդեքսն է n>1 .

Ֆուկոյի տեղադրման դիագրամը ներկայացված է Նկ. 5.

Լույս աղբյուրից Սանցնում է կիսաթափանցիկ ափսեի միջով Ռ, ոսպնյակ Լև ընկնում է հարթ հայելու վրա Մ1, որը կարող է պտտվել իր առանցքի շուրջ ՄԱՍԻՆ, գծագրության հարթությանը ուղղահայաց։ Հայելիից արտացոլումից հետո Մ1 լույսի ճառագայթն ուղղվում է ֆիքսված գոգավոր հայելու վրա Մ 2, տեղակայված է այնպես, որ այս ճառագայթը միշտ ընկնում է իր մակերեսին ուղղահայաց և արտացոլվում է նույն ճանապարհով հայելու վրա Մ1 . Եթե ​​հայելին Մ1 անշարժ, ապա դրանից արտացոլված ճառագայթը կվերադառնա իր սկզբնական ճանապարհով դեպի ափսե Ռ, մասամբ արտացոլված, որից այն կտա աղբյուրի պատկերը Ս կետում Ս1 .

Երբ հայելին պտտվում է Մ1 այն ժամանակի ընթացքում, որին անհրաժեշտ է լույսը ճանապարհորդելու համար 2 լերկու հայելիների և հետադարձի միջև (), անկյունային արագությամբ պտտվող հայելին Մ1 կշրջվի դեպի անկյուն

և կզբաղեցնի Նկ.-ում ցուցադրված դիրքը: .5 կետագիծ. Հայելիից արտացոլված ճառագայթը կպտտվի սկզբնականի համեմատ անկյան տակ և կտա աղբյուրի պատկերը տվյալ կետում: Ս2 . Հեռավորության չափում Ս1 Ս2 և իմանալով տեղադրման երկրաչափությունը՝ կարող եք որոշել անկյունը և հաշվարկել լույսի արագությունը.

Այսպիսով, Ֆուկոյի մեթոդի էությունը կայանում է նրանում, որ ճշգրիտ չափել այն ժամանակը, որն անհրաժեշտ է լույսից հեռավորություն անցնելու համար: 2 լ. Այս ժամանակը գնահատվում է հայելու պտտման անկյունով Մ1 , որի պտույտի արագությունը հայտնի է։ Պտտման անկյունը որոշվում է տեղաշարժի չափումների հիման վրա Ս1 Ս2 . Ֆուկոյի փորձերում պտտման արագությունը 800 ռ/վ էր՝ հիմքը լտատանվել է 4-ից 20 կմ: Արժեքը գտնվել է Հետ= 298000500 կմ/վրկ.

Ֆուկոն առաջինն էր, ով չափեց լույսի արագությունը ջրի մեջ՝ օգտագործելով իր տեղադրումը։ Հայելիների միջև ջրով լցված խողովակ տեղադրելով, Ֆուկոն հայտնաբերեց, որ տեղաշարժի անկյունը մեծացել է * անգամ, և, հետևաբար, ջրի մեջ լույսի տարածման արագությունը, որը հաշվարկվել է վերը գրված բանաձևով, հավասար է (3/4) Հետ. Ջրում լույսի բեկման ինդեքսը, որը հաշվարկվել է ալիքի տեսության բանաձևերով, հավասար է, ինչը լիովին համապատասխանում է Սնելի օրենքին: Այսպիսով, այս փորձի արդյունքների հիման վրա հաստատվեց լույսի ալիքային տեսության վավերականությունը, և ավարտվեց նրա օգտին մեկուկես դար վեճը։

1.5 Մայքելսոնի մեթոդ

1926 թվականին Մայքելսոնի ինստալյացիան ստեղծվեց երկու լեռնագագաթների միջև, այնպես որ ճառագայթի անցած տարածությունը աղբյուրից մինչև իր պատկերը ութանկյուն հայելային պրիզմայի առաջին երեսից՝ հայելիներից արտացոլվելուց հետո։ Մ 2 - Մ 7իսկ հինգերորդ դեմքը մոտ 35,4 կմ էր։ Պրիզմայի պտտման արագությունը (մոտ 528 պտ/վ) ընտրվել է այնպես, որ լույսի առաջին երեսից մինչև հինգերորդ տարածման ժամանակ պրիզման ժամանակ ունենար պտտվելու պտույտի 1/8-ով։ Նապաստակի հնարավոր տեղաշարժը ոչ ճշգրիտ ընտրված արագությամբ ուղղման դեր խաղաց։ Այս փորձի ժամանակ որոշված ​​լույսի արագությունը հավասար է 2997964 կմ/վրկ-ի։

Ի թիվս այլ մեթոդների, մենք նշում ենք լույսի արագության չափումը, որը կատարվել է 1972 թվականին՝ ինքնուրույն որոշելով լույսի ալիքի երկարությունը և հաճախականությունը։ Լույսի աղբյուրը հելիում-նեոնային լազերային գեներացնող ճառագայթումն էր 3,39 մկմ: Այս դեպքում ալիքի երկարությունը չափվել է ինտերֆերոմետրիկ համեմատության միջոցով կրիպտոնի նարնջագույն ճառագայթման ստանդարտ երկարության հետ, իսկ հաճախականությունը չափվել է ռադիոտեխնիկայի մեթոդներով։ Լույսի արագություն

այս մեթոդով որոշվել է 299792.45620.001 կմ/վ: Մեթոդի հեղինակները կարծում են, որ ձեռք բերված ճշգրտությունը կարելի է մեծացնել երկարության և ժամանակի ստանդարտների չափումների վերարտադրելիությունը բարելավելու միջոցով։

Եզրափակելով, մենք նշում ենք, որ լույսի արագությունը որոշելիս չափվում է խմբի արագությունը Եվ, որը համընկնում է առաջին փուլի հետ միայն վակուումի համար։

Տեղադրված է Allbest.ru-ում

Նմանատիպ փաստաթղթեր

Քառաչափ տարածության բաժանումը ֆիզիկական ժամանակի և եռաչափ տարածության: Լույսի արագության հաստատունություն և իզոտրոպիա, միաժամանակության սահմանում։ Սանյակի էֆեկտի հաշվարկը լույսի արագության անիզոտրոպիայի ենթադրությամբ։ NUT պարամետրի հատկությունների ուսումնասիրություն:

հոդված, ավելացվել է 22.06.2015թ


Տեսանելի ճառագայթում և ջերմության փոխանցում: Բնական, արհեստական ​​լյումինեսցենտային և ջերմային լույսի աղբյուրներ։ Լույսի արտացոլումը և բեկումը: Ստվեր, կիսախորշ և լույսի ճառագայթ: Լուսնի և արևի խավարումներ. Մարմնի կողմից էներգիայի կլանումը: Լույսի արագության փոփոխություն.

շնորհանդես, ավելացվել է 27.12.2011թ


Լույսի փոխակերպումը, երբ այն ընկնում է երկու միջավայրի սահմանի վրա՝ անդրադարձում (ցրում), փոխանցում (բեկում), կլանում։ Նյութերում լույսի արագության փոփոխության գործոնները. Լույսի բևեռացման և միջամտության դրսևորումներ. Արտացոլված լույսի ինտենսիվությունը.

շնորհանդես, ավելացվել է 26.10.2013թ


Տարածության և ժամանակի հայեցակարգի զարգացում: Գիտաֆանտաստիկ պարադիգմ. Հարաբերականության սկզբունքը և պահպանման օրենքները: Լույսի բացարձակ արագություն. Փակ աշխարհի գծերի պարադոքսը. Ժամանակի ընթացքի դանդաղեցում՝ կախված շարժման արագությունից:

վերացական, ավելացվել է 05/10/2009 թ


Լույսի ցրման հայեցակարգը. Նորմալ և անոմալ դիսպերսիա: Դիսպերսիայի դասական տեսություն. Լույսի ալիքների փուլային արագության կախվածությունը դրանց հաճախականությունից: Սպիտակ լույսի քայքայումը դիֆրակցիոն ցանցով: Դիֆրակցիոն և պրիզմատիկ սպեկտրների տարբերությունները:

շնորհանդես, ավելացվել է 03/02/2016 թ


Ֆոտոմետրիկ գլխիկ սարք. Լույսի աղբյուրի լուսավոր հոսքը և հզորությունը: Լույսի ինտենսիվության, պայծառության որոշում: Ֆոտոմետրիայի սկզբունքը. Ուսումնասիրվող լույսի աղբյուրների կողմից ստեղծված երկու մակերեսների լուսավորության համեմատություն:

լաբորատոր աշխատանք, ավելացվել է 03/07/2007 թ


Երկրաչափական օպտիկայի հիմնական սկզբունքները. Լույսի էներգիայի տարածման օրենքների ուսումնասիրություն թափանցիկ միջավայրում լույսի ճառագայթ հասկացության հիման վրա: Լույսի արագության չափման աստղագիտական ​​և լաբորատոր մեթոդներ, նրա բեկման օրենքների դիտարկում։

շնորհանդես, ավելացվել է 05/07/2012 թ


Լույսի ինտենսիվության սպեկտրային չափումներ. Կոբալտ ֆերիտի և մագնետիտի մագնիսական կոլոիդներում լույսի ցրման ուսումնասիրությունը կերոսինի մեջ: Էլեկտրական և մագնիսական դաշտերը անջատելուց հետո ժամանակի ընթացքում ցրված լույսի ինտենսիվության նվազման կորեր:

հոդված, ավելացվել է 19.03.2007թ


Օպտիկա-էլեկտրոնային սարքերի տեսական հիմքերը. Լույսի քիմիական ազդեցություն. Լույսի ֆոտոէլեկտրական, մագնիս-օպտիկական, էլեկտրաօպտիկական ազդեցությունները և դրանց կիրառությունները: Կոմպտոնի էֆեկտ. Ռամանի էֆեկտ. Թեթև ճնշում. Լույսի քիմիական գործողությունները և դրա բնույթը.

վերացական, ավելացվել է 11/02/2008 թ


Լույսի ալիքային տեսությունը և Հյուգենսի սկզբունքը. Լույսի միջամտության ֆենոմենը՝ որպես լույսի էներգիայի տարածական վերաբաշխում լուսային ալիքների սուպերպոզիցիայի ժամանակ։ Համապատասխանություն և մոնոխրոմատիկ լույսի հոսքեր: Լույսի ալիքային հատկությունները և ալիքային գնացքի հայեցակարգը: