Оптика - Годжаев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
первое затемнение. При известном I и N, измерив оз0 в опыте, можно
вычислить величину скорости света с.
Основная трудность в данном методе заключается в точном установлении
момента затемнения. С целью повышения точности опыта следует увеличить I
и пользоваться затемнениями высших порядков.
Физо нашел, что скорость света в воздухе равна с = (315 300 ± 500) км/с.
Метод Фуко. В 1850 г. Фуко, видоизменив метод Физо, заменил зубчатое
колесо вращающимся восьмигранным зеркалом. Такая замена позволила
осуществить лучшую фокусировку света и увеличить его интенсивность. Самая
надежная величина скорости света, полученная Фуко (в 1862 г.), равна (298
000± ± 500) км/с. Опыты И. Физо и JI. Фуко вооружили ученых более точными
знаниями о скорости света. Оказалось, что с ней практически совпадает
скорость распространения электромагнитных волн, вычисленная Максвеллом из
общих уравнений электромагнитного поля. Это послужило толчком к развитию
электромагнитной теории света. В 1927 г. Майкельсон применил более
усовершенствованную схему метода с вращающимся зеркалом и, используя
базисное расстояние, равное 35,5 км (расстояние между горами Вильсон и
Сан-Антонио в Калифорнии), получил более точное значение для величины
скорости света, чем все его предшественники, равное
с = (299 796 ± 4) км/с.
С помощью своего прибора Фуко определил также скорость света в воде и
пришел к выводу, что скорость света в жидкой среде меньше, чем в воздухе.
Этот вывод находится в согласии с соответствующим выводом волновой теории
света.
Замечание. Одним из наиболее интересных методов определения скорости
света в лабораторных условиях является метод высокочастотного модули-
* Очевидно, что при дальнейшем увеличении угловой скорости вращения
возникнет просветление (при двойной угловой скорости), дальше второе
затемнение (при тройной угловой скорости) и т. д.
417
роваиия интенсивности света с использованием ячейки Керра. С помощью
ячейки Керра была определена скорость света при базисном расстоянии всего
около 3 м.
В последнее десятилетие предложен и развит новый способ * определения
скорости света исходя из соотношения \к - с, справедливого для любых
электромагнитных волн независимо от частоты. Как следует из этого
соотношения, скорость света можно вычислить, измеряя длину волны и
частоту.
Точность измерения скорости света определяется в этом случае, во-первых,
тем, насколько стабилен данный источник, и, во-вторых, тем, с какой
точностью удается измерить частоту и длину волны излучения. Источниками
электромагнитного излучения, наиболее удовлетворяющими этим требованиям,
являются лазеры. Измерение длины волны **, основанное на явлении
интерференции света, производится с ошибкой, не превышающей величину
порядка 10_ч. Измерение частоты излучения основано на технике нелинейного
преобразования частоты. Используемый прибор (например, полупроводниковый
диод), приняв синусоидальное колебание некоторой частоты, дает на выходе
колебания более высокой частоты - удвоенной, утроенной и т. д. Этот метод
с помощью нелинейного элемента излучения кратной частоты позволяет
измерять частоту излучения лазера и сравнивать его с частотами,
измеренными прежде. Согласно результатам измерений, выполненным этим
методом в 1972 г., скорость света в вакууме равна (299792456,2 dr 1,1)
м/с. Новые методы разработки нелинейных фотодиодов, используемых для
смещения частот светового диапазона спектра, позволят в будущем увеличить
точность лазерных измерений скорости света.
ПРИЛОЖЕНИЕ II
ЭЛЕМЕНТЫ ОПТИКИ ДВИЖУЩИХСЯ СРЕД
В каждом оптическом опыте участвуют три элемента: источник света,
наблюдатель (или приемник) и среда (однородная или неоднородная) между
ними. Представляет интерес изучить, как будут меняться законы оптических
явлений или возникнут ли какие-либо новые оптические явления, если
источник, наблюдатель и среда (например, воздух, жидкость, стекло и т
д.), в которой распространяется свет, движутся относительно друг друга.
Это и есть задача, стоящая перед так называемой оптикой движущихся сред.
До сих пор (исключая аберрацию света) мы не принимали во внимание
возможное изменение законов оптических явлений, когда источники, либо
наблюдатель, либо среда движутся друг относительно друга, т. е. мы не
имели дето с оптикой движущихся сред. Начиная с середины XVII в.
проводились различные наблюдения и опыты в этой области с целью выяснения
свойства эфира, изучения возможных влияний движения материальной среды
(например, воды в опыте Физо, Земли в опыте Майкельсона и т. д) на
скорость распространения света. Эти опыты создали основу оптики
движущихся сред, на базе которой возникла специальная теория
относительности. К числу таких опытов относятся эффект Допплера -
смещение частот колебаний при движении источника или приемника, или же
обоих одновременно друг относительно друга, явление аберрации света -
отклонение луча источника при относительном движении источника и
