www.wikidata.uk-ua.nina.az

Експеримент Фізо фр Fizeau experiment був проведений Луї Фізо в 1851 році при вимірюванні відносної швидкості світла в р

Експеримент Фізо

Експеримент Фізо (фр. Fizeau experiment) був проведений Луї Фізо в 1851 році при вимірюванні відносної швидкості світла в рухомій воді. Фізо використав спеціальний інтерферометр для вимірювання ефектів розповсюдження світла в рухомому середовищі (medium). Згідно з теорією, що домінувала на той час, світло, яке розповсюджується в рухомому середовищі, мало захоплюватися цим середовищем, так що результатне значення швидкості світла мало бути тривіальною сумою самої швидкості та швидкості середовища (medium). Фізо зареєстрував ефект захоплення (dragging effect), проте амплітуда ефекту була значно меншою, ніж очікувалося. Його результат тривіально узгоджувався з концепцією часткового « захоплення ефіру» Френеля, що до певної міри приводило до незадоволення деяких фізиків, яке в подальшому вилилось у створення спеціальної теорії відносності. Пізніше Ейнштейн підкреслював важливість даного експерименту для теорії відносності.

Експериментальна установка Редагувати

Експериментальна установка Фізо (1851).

Промінь світла, який випромінює джерело S, відбивається від роздільника променів G і коллімується в паралельні промені лінзою L. після проходження двох вузьких щілин O1 та O2, два промені світла розповсюджуються через трубки A1 та A2, через які тече вода (у двох протилежних напрямках, як показано стрілками). Промені відбиваються від дзеркала m в фокусі лінзи L, так що один промінь розповсюджується у напрямку руху води, а інший — у протилежному. Після проходження променів через трубки з водою, обидва промені поєднуються на S, де й відбувається інтерференція. У результаті виникає зсув інтерференційної смуги, який залежить від швидкості води. Світлі та темні інтерференційні смуги можна спостерігати через окуляр.

Коефіцієнт захоплення Френеля Редагувати

Якщо припустити, що середня швидкість води в трубках v, то відповідно до концепції світлоносного ефіру, швидкість світла внаслідок захоплення (dragged) його водою має збільшуватися при русі в напрямку течії, та зменшуватися при русі назустріч. Сумарне значення має бути тривіальною векторною сумою швидкості світла у воді та швидкості води. Враховуючи показник заломлення n води, швидкість світла у непорушній воді буде c/n. Тоді очікувана швидкість світла w в одному промені буде

а в другому промені

Світло, яке рухається назустріч руху води, буде мати меншу швидкість, а те, що рухається в напрямку течії — більшу швидкість. Інтерференційна картина для двох променів світла буде залежати від часу проходження двох променів, які рухаються у напрямку течії та проти неї (зміщення інтерференційних смуг залежатиме від швидкості води).

Фізо знайшов, що

Іншими словами, світло «захоплюється» водою, проте амплітуда завату виявилася меншою, ніж очікувалося.

Експеримент Фізо змусив фізиків XIX століття прийняти феноменологічну теорію Френеля (1818) часткового захоплення, запропоновану для пояснення експерименту Араго. У межах цієї теорії вводився коефіцієнт часткового захоплення Френеля f:

1895 року Гендрік Лоренц передбачив існування додаткового члена, який обумовлений дисперсією:

Експеримент Майкельсона – Морлі (1886) Редагувати

Поліпшена схема досліду Фізо запропонована Майкельсоном та Морлі 1886. Коллімоване світло від джерела a падає на роздільник пучків b де ділиться на дві частини: одна долає шлях b c d e f b g, а інша — шлях b f e d c b g.

Альберт Майкельсон та Едвард Морлі (1886) повторили експеримент Фізо з поліпшеною точністю за рахунок використання інтерференційної схеми Френеля та труб більшого діаметра в яких спостерігався більш рівномірний потік води протягом трьох хвилин. Сьогодні цей тип інтерферометра називається інтерферометр Саньяка, в якому два промені світла розповсюджуються назустріч один одному, тоді коли сам інтерферометр обертається навколо своєї осі (замкненість топології інтерферометра є не обов'язкова). Стабільність спостереження інтерференційної картини дозволяє вставити скляну пластинку h для більш повної компенсації світлових шляхів.

У 1910 році Франц Гарресс використав інтерферометр, що обертався і повністю підтвердив коефіцієнт захоплення Френеля. Проте було знайдено також додаткове систематичне «зміщення результатів», яке потім було приписано до ефекту Саньяка.

Моделі збурення різниці ходу Редагувати

Модель часткового захоплення Френеля Редагувати

У рамках моделі часткового захоплення Френеля швидкість світла в рухомій воді може бути представлена у вигляді:

Тоді різниця часу проходження світлових променів в протічній воді буде:

Відносна зміна фази двох променів світла, обумовлена збуренням (двома потоками води у різних напрямах) має вигляд:

Цей параметр може бути перевірений на експерименті шляхом вимірювання зсуву інтерференційних смуг.

Релятивістська модель збурення Редагувати

В рамах релятивістського підходу до збурення в інтерферометрі Фізо використовується наступне значення для швидкості світла у воді:

Тоді різниця часу проходження світлових променів в протічній воді буде:

а відносна зміна фази двох променів світла, обумовлена збуренням (двома потоками води у різних напрямах) має такий само вигляд, як і в попередньому випадку:


Дивись також

Примітки Редагувати

  1. Fizeau, H. (1851). . Comptes Rendus 33: 349–355. Архів оригіналу за 30 грудня 2011. Процитовано 22 листопада 2012. 
  2. Fizeau, H. (1859). . Ann. de Chim. et de Phys. 57: 385–404. Архів оригіналу за 24 листопада 2020. Процитовано 22 листопада 2012. 
  3. Lahaye, Thierry; Labastie, Pierre; Mathevet, Renaud (2012). Fizeau's "aether-drag" experiment in the undergraduate laboratory. American Journal of Physics 80 (6): 497. Bibcode:2012AmJPh..80..497L. arXiv:1201.0501. doi:10.1119/1.3690117. 
  4. Miller, A.I. (1981). Albert Einstein’s special theory of relativity. Emergence (1905) and early interpretation (1905–1911). Reading: Addison–Wesley. ISBN 0-201-04679-2. 
  5. Janssen, Michel & Stachel, John (2010). The Optics and Electrodynamics of Moving Bodies. У John Stachel. . Springer. ISBN 1-4020-1308-6. Архів оригіналу|archiveurl= вимагає |url= (довідка) за 29 вересня 2015. Процитовано 22 листопада 2012. 
  6. Robert Williams Wood (1905). . The Macmillan Company. с. 514. Архів оригіналу за 23 грудня 2018. Процитовано 22 листопада 2012. 
  7. Michelson, A. A. and Morley, E.W. (1886). Influence of Motion of the Medium on the Velocity of Light. Am. J. Science 31: 377–386. 
  8. Hariharan, P. (2007). Basics of Interferometry, 2nd edition. Elsevier. с. 19. ISBN 0-12-373589-0. 
  9. Anderson, R., Bilger, H.R., Stedman, G.E. (1994). Sagnac effect: A century of Earth-rotated interferometers. Am. J. Phys. 62 (11): 975–985. Bibcode:1994AmJPh..62..975A. doi:10.1119/1.17656. 
  10. R. S. Shankland, “Conversations with Albert Einstein,” Am. J. Phys. 31, 47–57 (1963)

Література Редагувати

  • Ландсберг Г. С. Оптика. — М. : Физматлит, 2010. — 848 с.
  • Сивухин Д. В. Оптика // Общий курс физики. — М. : Физматлит, 2006. — Т. 4. — 792 с.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
Eksperiment Fizo fr Fizeau experiment buv provedenij Luyi Fizo v 1851 roci pri vimiryuvanni vidnosnoyi shvidkosti svitla v ruhomij vodi Fizo vikoristav specialnij interferometr dlya vimiryuvannya efektiv rozpovsyudzhennya svitla v ruhomomu seredovishi medium 1 2 Zgidno z teoriyeyu sho dominuvala na toj chas svitlo yake rozpovsyudzhuyetsya v ruhomomu seredovishi malo zahoplyuvatisya cim seredovishem tak sho rezultatne znachennya shvidkosti svitla malo buti trivialnoyu sumoyu samoyi shvidkosti ta shvidkosti seredovisha medium Fizo zareyestruvav efekt zahoplennya dragging effect prote amplituda efektu bula znachno menshoyu nizh ochikuvalosya Jogo rezultat trivialno uzgodzhuvavsya z koncepciyeyu chastkovogo zahoplennya efiru Frenelya sho do pevnoyi miri privodilo do nezadovolennya deyakih fizikiv yake v podalshomu vililos u stvorennya specialnoyi teoriyi vidnosnosti Piznishe Ejnshtejn pidkreslyuvav vazhlivist danogo eksperimentu dlya teoriyi vidnosnosti 3 4 5 Zmist 1 Eksperimentalna ustanovka 2 Koeficiyent zahoplennya Frenelya 3 Eksperiment Majkelsona Morli 1886 4 Modeli zburennya riznici hodu 4 1 Model chastkovogo zahoplennya Frenelya 4 2 Relyativistska model zburennya 5 Primitki 6 LiteraturaEksperimentalna ustanovka Redaguvati nbsp Eksperimentalna ustanovka Fizo 1851 Promin svitla yakij viprominyuye dzherelo S vidbivayetsya vid rozdilnika promeniv G i kollimuyetsya v paralelni promeni linzoyu L pislya prohodzhennya dvoh vuzkih shilin O1 ta O2 dva promeni svitla rozpovsyudzhuyutsya cherez trubki A1 ta A2 cherez yaki teche voda u dvoh protilezhnih napryamkah yak pokazano strilkami Promeni vidbivayutsya vid dzerkala m v fokusi linzi L tak sho odin promin rozpovsyudzhuyetsya u napryamku ruhu vodi a inshij u protilezhnomu Pislya prohodzhennya promeniv cherez trubki z vodoyu obidva promeni poyednuyutsya na S de j vidbuvayetsya interferenciya U rezultati vinikaye zsuv interferencijnoyi smugi yakij zalezhit vid shvidkosti vodi Svitli ta temni interferencijni smugi mozhna sposterigati cherez okulyar Koeficiyent zahoplennya Frenelya RedaguvatiYaksho pripustiti sho serednya shvidkist vodi v trubkah v to vidpovidno do koncepciyi svitlonosnogo efiru shvidkist svitla vnaslidok zahoplennya dragged jogo vodoyu maye zbilshuvatisya pri rusi v napryamku techiyi ta zmenshuvatisya pri rusi nazustrich Sumarne znachennya maye buti trivialnoyu vektornoyu sumoyu shvidkosti svitla u vodi ta shvidkosti vodi Vrahovuyuchi pokaznik zalomlennya n vodi shvidkist svitla u neporushnij vodi bude c n Todi ochikuvana shvidkist svitla w v odnomu promeni bude w c n v displaystyle w frac c n v nbsp a v drugomu promeni w c n v displaystyle w frac c n v nbsp Svitlo yake ruhayetsya nazustrich ruhu vodi bude mati menshu shvidkist a te sho ruhayetsya v napryamku techiyi bilshu shvidkist Interferencijna kartina dlya dvoh promeniv svitla bude zalezhati vid chasu prohodzhennya dvoh promeniv yaki ruhayutsya u napryamku techiyi ta proti neyi zmishennya interferencijnih smug zalezhatime vid shvidkosti vodi 6 Fizo znajshov sho w c n v 1 1 n 2 displaystyle w frac c n v 1 frac 1 n 2 nbsp Inshimi slovami svitlo zahoplyuyetsya vodoyu prote amplituda zavatu viyavilasya menshoyu nizh ochikuvalosya Eksperiment Fizo zmusiv fizikiv XIX stolittya prijnyati fenomenologichnu teoriyu Frenelya 1818 chastkovogo zahoplennya zaproponovanu dlya poyasnennya eksperimentu Arago U mezhah ciyeyi teoriyi vvodivsya koeficiyent chastkovogo zahoplennya Frenelya f f 1 1 n 2 displaystyle f 1 frac 1 n 2 nbsp 1895 roku Gendrik Lorenc peredbachiv isnuvannya dodatkovogo chlena yakij obumovlenij dispersiyeyu w c n v 1 1 n 2 l n d n d l displaystyle w frac c n v left 1 frac 1 n 2 frac lambda n cdot frac mathrm d n mathrm d lambda right nbsp Eksperiment Majkelsona Morli 1886 Redaguvati nbsp Polipshena shema doslidu Fizo zaproponovana Majkelsonom ta Morli 1886 Kollimovane svitlo vid dzherela a padaye na rozdilnik puchkiv b de dilitsya na dvi chastini odna dolaye shlyah b c d e f b g a insha shlyah b f e d c b g Albert Majkelson ta Edvard Morli 1886 7 povtorili eksperiment Fizo z polipshenoyu tochnistyu za rahunok vikoristannya interferencijnoyi shemi Frenelya ta trub bilshogo diametra v yakih sposterigavsya bilsh rivnomirnij potik vodi protyagom troh hvilin Sogodni cej tip interferometra nazivayetsya interferometr Sanyaka v yakomu dva promeni svitla rozpovsyudzhuyutsya nazustrich odin odnomu todi koli sam interferometr obertayetsya navkolo svoyeyi osi zamknenist topologiyi interferometra ye ne obov yazkova 8 Stabilnist sposterezhennya interferencijnoyi kartini dozvolyaye vstaviti sklyanu plastinku h dlya bilsh povnoyi kompensaciyi svitlovih shlyahiv U 1910 roci Franc Garress vikoristav interferometr sho obertavsya i povnistyu pidtverdiv koeficiyent zahoplennya Frenelya Prote bulo znajdeno takozh dodatkove sistematichne zmishennya rezultativ yake potim bulo pripisano do efektu Sanyaka 9 Modeli zburennya riznici hodu RedaguvatiModel chastkovogo zahoplennya Frenelya Redaguvati U ramkah modeli chastkovogo zahoplennya Frenelya shvidkist svitla v ruhomij vodi mozhe buti predstavlena u viglyadi v c n v f displaystyle v pm c n pm v cdot f nbsp Todi riznicya chasu prohodzhennya svitlovih promeniv v protichnij vodi bude t 2 L c n v f 2 L c n v f 4 L v f c 2 n 2 v 2 f 2 4 l v c 2 n 2 1 displaystyle tau frac 2L c n vf frac 2L c n vf frac 4Lvf c 2 n 2 v 2 f 2 approx frac 4lv c 2 n 2 1 nbsp Vidnosna zmina fazi dvoh promeniv svitla obumovlena zburennyam dvoma potokami vodi u riznih napryamah maye viglyad 3 t c l 4 L v c n 2 1 displaystyle xi frac tau c lambda approx frac 4Lv c n 2 1 nbsp Cej parametr mozhe buti perevirenij na eksperimenti shlyahom vimiryuvannya zsuvu interferencijnih smug Relyativistska model zburennya Redaguvati V ramah relyativistskogo pidhodu do zburennya v interferometri Fizo vikoristovuyetsya nastupne znachennya dlya shvidkosti svitla u vodi 10 v c n v 1 v c n displaystyle v pm frac c n pm v 1 pm v cn nbsp Todi riznicya chasu prohodzhennya svitlovih promeniv v protichnij vodi bude t 2 L v 2 L v 4 L v c 2 n 2 1 displaystyle tau frac 2L v frac 2L v approx frac 4Lv c 2 n 2 1 nbsp a vidnosna zmina fazi dvoh promeniv svitla obumovlena zburennyam dvoma potokami vodi u riznih napryamah maye takij samo viglyad yak i v poperednomu vipadku 3 t c l 4 L v c n 2 1 displaystyle xi frac tau c lambda approx frac 4Lv c n 2 1 nbsp Divis takozh Interferencijnij eksperiment Yunga Dzerkala FrenelyaPrimitki Redaguvati Fizeau H 1851 Sur les hypotheses relatives a l ether lumineux Comptes Rendus 33 349 355 Arhiv originalu za 30 grudnya 2011 Procitovano 22 listopada 2012 English Fizeau H 1851 The Hypotheses Relating to the Luminous Aether and an Experiment which Appears to Demonstrate that the Motion of Bodies Alters the Velocity with which Light Propagates itself in their Interior Philosophical Magazine 2 568 573 Fizeau H 1859 Sur les hypotheses relatives a l ether lumineux Ann de Chim et de Phys 57 385 404 Arhiv originalu za 24 listopada 2020 Procitovano 22 listopada 2012 English Fizeau H 1860 On the Effect of the Motion of a Body upon the Velocity with which it is traversed by Light Philosophical Magazine 19 245 260 Lahaye Thierry Labastie Pierre Mathevet Renaud 2012 Fizeau s aether drag experiment in the undergraduate laboratory American Journal of Physics 80 6 497 Bibcode 2012AmJPh 80 497L arXiv 1201 0501 doi 10 1119 1 3690117 Miller A I 1981 Albert Einstein s special theory of relativity Emergence 1905 and early interpretation 1905 1911 Reading Addison Wesley ISBN 0 201 04679 2 Janssen Michel amp Stachel John 2010 The Optics and Electrodynamics of Moving Bodies U John Stachel Going Critical Springer ISBN 1 4020 1308 6 Arhiv originalu archiveurl vimagaye url dovidka za 29 veresnya 2015 Procitovano 22 listopada 2012 Robert Williams Wood 1905 Physical Optics The Macmillan Company s 514 Arhiv originalu za 23 grudnya 2018 Procitovano 22 listopada 2012 Michelson A A and Morley E W 1886 Influence of Motion of the Medium on the Velocity of Light Am J Science 31 377 386 Hariharan P 2007 Basics of Interferometry 2nd edition Elsevier s 19 ISBN 0 12 373589 0 Anderson R Bilger H R Stedman G E 1994 Sagnac effect A century of Earth rotated interferometers Am J Phys 62 11 975 985 Bibcode 1994AmJPh 62 975A doi 10 1119 1 17656 R S Shankland Conversations with Albert Einstein Am J Phys 31 47 57 1963 Literatura RedaguvatiLandsberg G S Optika M Fizmatlit 2010 848 s Sivuhin D V Optika Obshij kurs fiziki M Fizmatlit 2006 T 4 792 s Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Eksperiment Fizo amp oldid 39858464