Các phương pháp đo vận tốc ánh sáng Ánh sáng

Phương pháp Römer

Năm 1676, nhà thiên văn Đan Mạch Römer ( 1644 – 1710 ) ở đài thiên văn Paris khi quan sát những sự che khuất của một trong những vệ tinh của sao Mộc đã nhận thấy rằng, những khoảng chừng giữa hai lần che khuất liên tục ngắn hơn khi Trái Đất đến gần sao Mộc và dài hơn khi Trái Đất đi xa khỏi sao Mộc. Khoảng trung bình giữa hai lần che khuất tính sau 398 ngày đêm, nghĩa là sau thời hạn để cho những vị trí tương đối như nhau của Trái Đất, Mặt Trời và sao Mộc được tái diễn, vẫn không đổi từ năm này sang năm khác. Römer lý giải điều đó là do ánh sáng Viral với tốc độ hữu hạn và khoảng cách mà ánh sáng đi qua biến hóa tùy thuộc vào vị trí của Trái Đất trên quỹ đạo của nó. Thời gian chậm trễ của sự che khuất tại vị trí thứ hai của Trái Đất so với lúc xảy ra sự che khuất đó tính từ sự quan sát tại vị trí thứ nhất bằng thời hạn thiết yếu để cho ánh sáng đi qua đường kính của quỹ đạo Trái Đất. Việc xác lập thời hạn đó được cho phép ta tìm được tốc độ ánh sáng, vì đường kính quỹ đạo của Trái Đất đã biết. Römer đã thu được giá trị của tốc độ ánh sáng bằng c = 215000 k m / s { \ displaystyle c = 215000 km / s }. Những phép đo tân tiến về tốc độ ánh sáng theo giải pháp của ông đã cho tác dụng là c = 300870 k m / s { \ displaystyle c = 300870 km / s } .

Phương pháp Bradley

Năm 1727, nhà thiên văn Bradley ( 1693 – 1762 ) đã tò mò ra hiện tượng kỳ lạ tinh sai, nội dung như sau : tổng thể những tinh tú trong vòng một năm đều vẽ lên trong khung trời những elip có bán trục lớn được quan sát thấy từ Trái Đất dưới góc φ = 20, 5 ″ { \ displaystyle \ varphi = 20,5 ‘ ‘ }. Hiện tượng này đã được lý giải bằng hoạt động của Trái Đất trên quỹ đạo quanh Mặt Trời với tốc độ v = 29, 8 k m / s { \ displaystyle v = 29,8 km / s }. Để quan sát ngôi sao 5 cánh từ Trái Đất hoạt động, cần phải hướng ống kính thiên văn về phía trước theo phương hoạt động. Thực vậy, sau thời hạn ánh sáng đi qua ống, thị kính cùng với Trái Đất đã hoạt động về phía trước. Hiển nhiên rằng : tan ⁡ φ = v c { \ displaystyle \ tan \ varphi = { \ tfrac { v } { c } } }, suy ra c = 299839 k m / s { \ displaystyle c = 299839 km / s }Năm 1849, A.Fizeau ( 1819 – 1896 ) lần tiên phong đã xác lập được tốc độ ánh sáng bằng cách dùng nguồn sáng trên mặt đất trong những điều kiện kèm theo của phòng thí nghiệm. Ánh sáng từ nguồn S { \ displaystyle S } chiếu trên bản A { \ displaystyle A } bán trong suốt, phản xạ một phần trên nó, đi qua giữa những răng của bánh xe răng cưa B { \ displaystyle B } đến gương C { \ displaystyle C }, sau khi phản xạ trên gương này ánh sáng lại đi qua giữa những răng và một phần của nó đi qua bản sẽ được quan sát trong thị kính D { \ displaystyle D }. Ứng với tần số quay ν 1 { \ displaystyle \ nu _ { 1 } } nào đó của bánh xe, người quan sát thôi không thấy ánh sáng nữa, rồi ứng với tần số ν 2 { \ displaystyle \ nu _ { 2 } } lớn người đó lại thấy ánh sáng. Rõ ràng là sau thời hạn ánh sáng đi được đoạn B C { \ displaystyle BC } rồi lại trở lại, thì ứng với tần số ν 1 { \ displaystyle \ nu _ { 1 } } luồng sáng phát đi từ khe giữa hai răng khi quay trở lại, lại chạm phải một răng, còn ứng với tần số ν 2 { \ displaystyle \ nu _ { 2 } }, luồng sáng phát đi ( từ khe giữa hai răng ) khi trở lại lại gặp luồng sáng bên cạnh ( từ khe cạnh khe trước ). Nếu n { \ displaystyle n } là số những răng của bánh xe và l = B C { \ displaystyle l = BC }, thì tốc độ ánh sáng : c = 2 l 1 2 n ν 1 = 2 l 1 n ν 2 { \ displaystyle c = { \ tfrac { 2 l } { \ tfrac { 1 } { 2 n \ nu _ { 1 } } } } = { \ tfrac { 2 l } { \ tfrac { 1 } { n \ nu _ { 2 } } } } }. Fizeau đã thu được hiệu quả : c = 315000 k m / s { \ displaystyle c = 315000 km / s } .

Phương pháp Foucault

Phương pháp của Léon Foucault ( 1819 – 1868 ) thực hiện năm 1862 dựa trên ý kiến đề xuất của Arago vào năm 1838. Sơ đồ thí nghiệm như sau : Ánh sáng đi từ nguồn S {\displaystyle S} được hướng về gương quay A {\displaystyle A} nhờ một thấu kính, nó phản xạ trên gương đó theo hướng về gương cầu lõm thứ hai B {\displaystyle B} có tâm nằm trên trục quay, rồi phản xạ trở lại về gương A {\displaystyle A} . Sau khi phản xạ trên gương A {\displaystyle A} , ánh sáng được được quan sát bằng cách dùng bản D {\displaystyle D} bán trong suốt qua thị kính. Sau thời gian τ {\displaystyle \tau } ánh sáng đi qua khoảng cách A B {\displaystyle AB} hai lần. Cũng trong thời gian đó gương A {\displaystyle A} quay với tần số quay đã biết sẽ quay đi một góc, mà ta có thể dễ dàng xác định được dựa theo sự dịch chuyển của chấm sáng trong thị kính so với chấm sáng từ gương đứng yên. Phương pháp Foucault đã cho phép tiến hành phép đo vận tốc ánh sáng ở trong nước sau khi đã rút khoảng cách A B {\displaystyle AB} đến 4 m {\displaystyle 4m} . Người ta thấy rằng, phù hợp với thuyết sóng của ánh sáng, vận tốc ánh sáng trong nước nhỏ hơn trong không khí.

Phương pháp Michelson

Năm 1926 nhà vật lý Mỹ Albert Abraham Michelson ( 1852 – 1931 ), sau khi cải biên phương pháp Foucault đã xác lập được tốc độ ánh sáng rất đúng mực, Trong thí nghiệm của Michelson, gương quay là một lăng trụ bằng thép có tám mặt. Ánh sáng đi được một đoạn đường toàn phần trong khoảng chừng thời hạn lăng trụ quay được một góc nhỏ hơn, ánh sáng phản xạ từ lăng trụ sẽ không được quan sát thấy ở trong ống của thị kính .

Phương pháp Bergstrand

Năm 1949, Bergstrand đã thu được giá trị cực kỳ đúng chuẩn của ánh sáng bằng cách dùng hiện tượng kỳ lạ Kerr. Chùm sáng có cường độ đổi khác và tần số 8, 3.10 6 H z { \ displaystyle 8,3. 10 ^ { 6 } Hz } nhờ ở cái ngắt Kerr K { \ displaystyle K } Viral từ nguồn S { \ displaystyle S } đến gương B { \ displaystyle B }, sau khi phản xạ trên gương này nó được gương C { \ displaystyle C } tụ tiêu trên tế bào quang điện F { \ displaystyle F }. Độ nhạy của tế bào này tự động hóa biến hóa với cùng tần số như cường độ của chùm tia sáng. Dòng quang điện trung bình nhờ vào vào hiệu số pha giữa những xê dịch của cường độ sáng và những giao động của độ nhạy tế bào quang điện, nhưng hiệu số pha này phụ thuộc vào vào đoạn đường đi được của ánh sáng, nghĩa là nhờ vào vào vị trí của gương B { \ displaystyle B }. Nếu ứng với một vị trí nào đó của gương, dòng quang điện cực lớn, thì hiệu số pha bằng không. Khi đưa gương B { \ displaystyle B } ra xa khỏi nguồn sáng, dòng quang điện trung bình tiên phong giảm, sau đó lại đạt tới giá trị cực lớn. Nếu độ di dời của gương B { \ displaystyle B } trong trường hợp này là x { \ displaystyle x }, thì ánh sáng đi được đoạn đường 2 x { \ displaystyle 2 x } trong khoảng chừng thời hạn bằng một chu kì xê dịch của cường độ của nó. Việc ứng dụng sơ đồ điện đặc biệt quan trọng với việc dùng chiêu thức số không, là giải pháp được cho phép ấn định những cực lớn và cực tiểu của dòng quang điện theo chỉ số không của điện kế nhạy, đã nâng độ đúng mực của giải pháp Bergstrand lên rất nhiều .Các tác dụng của những thí nghiệm xác lập tốc độ ánh sáng bằng những giải pháp khác nhau được nêu trong bảng :Người nghiên cứuNăm tiến hành thí nghiệmVận tốc ánh sáng tính ra km/sSai số cực đại tính ra km/sRomer16763008702700Bradley1727299640750Fiseau1849315000_Foucault18622980002200Cornu (theo phương pháp Fiseau)1876300000300Perroten (theo phương pháp Fiseau )190229987050Michelson190229989060Michelson192629979618Bergstrand1949299792,71,1Giá trị hiện đại1958299792,50,4

Source: https://mix166.vn
Category: Công Nghệ