Měření rychlosti světla

Ondřej Mikuláš, Jan Konečný

15. 4. 2010

Obsah

• Úvod• Dějinný vývoj

– vědci, metody, dnes

• Naše měření– princip, popis aparatury, ukázka, výsledky

• Závěr

Úvod

• Rychlost světla ve vakuu – c

• Základní konstanta (pravděpodobně) přírody

• Spojuje prostor, čas a elektřinu

• Je velká, ale zase ne tak moc

Dějinný vývoj

Starověk a středověk

• Pouze logické argumenty– konečnost: Empedoklés,

Anicius Boethius, Avicenna, Alhazen, árijská škola v Indii, Francis Bacon

– nekonečnost: Aristótelés, Tycho Brahe

Dějinný vývoj

Raný novověk

• první experimenty (neúspěšné):

• G. Galilei (1607), Florintská akademie (1667)

– Zakrývání vzdálených luceren • I. Beeckman (1629)

– Záblesk výstřelu ve vzdáleném zrcadle

Dějinný vývoj

Raný novověk

• Olaf Römer (1676)– Pozorování Jupiterova

měsíce Ia– 214 300 kms-1

• J. Bradley (1728)– Pozorování aberace

stálic– 298000 kms-1

Römerova metoda

• Zdánlivé prodloužení doby oběhu Ia vlivem Dopplerova jevu

Dějinný vývoj

Dějinný vývoj

Vědecko-technická revoluce• Ch. Wheatstone (1834),

J. Foucault (1862), D. Arago (1850)

– Vychýlení paprsku po dvojím odražením od otáčejícího se zrcátka

– 298 000 kms-1

Dějinný vývoj

Foucaultova metoda

• Rotující zrcadlo => posun paprsku o úhel

Dějinný vývoj

Vědecko-technická revoluce

• A. Fizeau (1849)– dvojitý průchod

paprsku ozubeným kolem

– 313 000 kms-1

Dějinný vývoj

Fizeauova metoda

• Rotující ozubené kolo=> doba průchodu = otočení šířku o 1 zubu

Dějinný vývoj

20. století

• A. Michelson a F. Peace– rotujícího hranol ze

zrcátek:– (1878) 299 909 kms-1

– (1926) 299 796 kms-1

Dějinný vývoj

•Současnost

• Interferenční metody s laserem:– 1972 ustanoveno

c = 299 792 458 ms-1

=> definice metru

• Zpomalování a zastavení světla, EPR paradox a nekonečná rychlost

Dějinný vývoj

Dějiny - přehledRok Experimentátor Metoda Rychlost [kms-1] Chyba [kms-1]

1667 G. Galilei zakrývání luceren "neobyčejně velká"

1676 O. Roemer astronomická pozorování 214 300,000

1834 Ch. Wheatstone rotující zrcátko 402 336,000

1838 F. Arago rotující zrcátko 315 000,000

1849 A. Fizeau rotující ozubené kolo 315 000,000

1862 L. Foucault rotující zrcátko 298 000,000 500

1868 J. C. Maxwell teoretický výpočet 284 000,000

1879 A. Michelson rotující zrcátko 299 910,000 60

1888 H. R. Hertz měření radiových vln 300 000,000

1926 A. Michelson interference a rotující zrcátko

299 798,000 4

1978 P. Woods a kol. laserové měření 299 792,458 0

Naše měření

Naše měření

• Foucaultova metoda• Školní laboratoř• Červený He-Ne laser (632,8 nm)• Měření ve vzduchu, přepočet na vakuum

Naše měření

Zařízení

Souprava PASCO Speed of light apparatus

Ukázka

Naše měření

Sestavení zařízení

• Výhody aparatury:– Jen vybalíte z krabice …

• Nedostatky aparatury:– Složitost sestavení (3 h)– Optika– Výrobní nepřesnost

Naše měření

Průběh měření

• Střídání pozorovatelů• Změna smyslu rotace• 2,03 a 13,46 m• Frekvence zrcátka ~ 1000 Hz• Posunutí paprsku ~ 0,1 mm• 120 + 18 měření

Naše měření

Výsledky měření

Měření Rychlost [108ms-1] Odchylka od c [%]

2,03 m 2,8407 ± 0,06 -5,25

13,46 m 3,0963 ± 0,02 3,28

13,46 m 3,1050 ± 0,02 3,57

průměr 3,0140 ± 0,02 0,54

Závěr

Změřili jsme rychlost světla He-Ne laseru ve vzduchu: (3,0131 ± 0,02) 108ms-1

=> ve vakuu (3,0140 ± 0,02) 108ms-1

Poděkování

• Ing. Svobodovi– Za přístup do laboratoří

praktika a vstřícnost

Použité zdroje[1] ŠTOLL, Ivan. Dějiny fyziky. 1. vyd. Praha: Prometheus, spol. s. r. o., 2009.

ISBN 978-80-7196-375-2[2] ŠTOLL, Ivan. Elektřina a magnetismus. 2. vyd. Praha: Nakladatelství ČVUT, 2003.

ISBN 80-01-02693-0[3] LEE, Bruce. Speed of light apparatus [online]. 1989, [citováno 13. dubna 2010]. <

http://pasco.com/file_downloads/experiments/ex_9922_files/speed_of_light.zip>.

[4] Wikipedia.cz [online]. poslední revize 21.3.2010, [citováno 4. dubna 2010]. <http://cs.wikipedia.org/wiki/Rychlost_sv%C4%9Btla>.

[5] SRING, Kenneth. Speed Of Light [online]. poslední revize 1.října 2003 [cit. 2010-4-4]. http://micro.magnet.fsu.edu/primer/lightandcolor/speedoflight.html.

[6] POLYANSKIY, Mikhail. RefractiveIndex.INFO [online]. 2010 [citováno 12. dubna 2010]. <http://refractiveindex.info/?group=GASES&material=Air>.