Διδακτικά Βιβλία του Παιδαγωγικού Ινστιτούτου

Αναζήτηση

Βρες
Εμφάνιση

Η μέθοδος του Fizeau

Το 1849 ο H.L. Fizeau (Φιζό), ένας Γάλλος φυσικός, κατάφερε να μετρήσει την ταχύτητα του φωτός με απλά μηχανικά μέσα. Στο διπλανό 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 (σχήμα 1-3). 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. 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 Κ1, συναντήσει το επόμενο δόντι του τροχού. 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: Στο χρόνο αυτό το φως έχει διανύσει την απόσταση 2£ "πήγαινε - έλα". Άρα η ταχύτητα του φωτός θα είναι: Με γνωστά τα μεγέθη £, f, Ν 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 φωτός είναι 3,1x108m/s. Ακριβέστερα πειράματα, που έγιναν αργότερα, έδωσαν την τιμή 2,9979x108m/s.

Για την ταχύτητα του φωτός γνωρίζουμε σήμερα ότι: • Το φως, όπως και κάθε ηλεκτρομαγνητικό κύμα, διαδίδεται στο κενό με σταθερή ταχύτητα περίπου 3x108m/s. • Η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι μια θεμελιώδης σταθερά της φύσης. • 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.

1-3 Στο πείραμα Fizeau, που εικονίζεται δίπλα, η απόσταση £ 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.