Metody pomiaru prędkości światła. Prędkość światła i metody jej wyznaczania Prace laboratoryjne fizyki mierzące prędkość światła
Wraz z odkryciem w eksperymencie korpuskularnych właściwości i przejawów światła (efekt fotoelektryczny, efekt Comptona i inne zjawiska), kwantową naturę światła opracowali M. Planck i A. Einstein, w ramach którego światło wykazuje obie fale oraz własności korpuskularne – tzw. dualizm korpuskularno – falowy. (Max Karl Ernst Ludwig Planck - niemiecki fizyk teoretyk, 1858-1947, 1918 Nagroda Nobla za odkrycie praw promieniowania, Arthur Hotie Compton, amerykański fizyk, 1892-1962, 1927 Nagroda Nobla za efekt nazwany jego imieniem).
Wprowadzenie 3
1. Eksperymenty określające prędkość światła. 4
1.1. Pierwsze eksperymenty. 4
1.1.1. Doświadczenie Galileusza. 4
1.2 Astronomiczne metody wyznaczania prędkości światła. 4
1.2.1. Zaćmienie księżyca Jowisza - Io. 4
1.2.2. Lekka aberracja. 6
1.3. Laboratoryjne metody pomiaru prędkości światła. 7
1.3.1. Synchroniczna metoda detekcji. 7
1.4. Eksperymenty z propagacją światła w ośrodku. dziewięć
1.4.1. Doświadczenie Armana Fizeau. dziewięć
1.4.3. Eksperymenty A. Michelsona i Michelsona - Morleya. 12
1.4.4 Poprawa doświadczenia Michelsona. 13
2. Maksymalna prędkość światła. czternaście
2.1. Smutne doświadczenie. czternaście
2.2. Doświadczenie Bertozziego. 15
3. Prędkość światła w materii. 17
4. Tachiony. Cząstki poruszające się z prędkością większą niż prędkość światła. 17
4.1. Masy urojone. 17
4.2. Przyspieszenie zamiast zwalniania. osiemnaście
5. Prędkość superluminalna. 20
Wniosek 22
Referencje 23
Praca zawiera 1 plik
Kurs pracy na temat:
„Prędkość światła i metody jej wyznaczania”
Wprowadzenie 3
1. Eksperymenty określające prędkość światła. 4
1.1. Pierwsze eksperymenty. 4
1.1.1. Doświadczenie Galileusza. 4
1.2 Astronomiczne metody wyznaczania prędkości światła. 4
1.2.1. Zaćmienie księżyca Jowisza - Io. 4
1.2.2. Lekka aberracja. 6
1.3. Laboratoryjne metody pomiaru prędkości światła. 7
1.3.1. Synchroniczna metoda detekcji. 7
1.4. Eksperymenty z propagacją światła w ośrodku. dziewięć
1.4.1. Doświadczenie Armana Fizeau. dziewięć
1.4.2. Poprawa Foucaulta. dziesięć
1.4.3. Eksperymenty A. Michelsona i Michelsona - Morleya. 12
1.4.4 Poprawa doświadczenia Michelsona. 13
2. Maksymalna prędkość światła. czternaście
2.1. Smutne doświadczenie. czternaście
2.2. Doświadczenie Bertozziego. 15
3. Prędkość światła w materii. 17
4. Tachiony. Cząstki poruszające się z prędkością większą niż prędkość światła. 17
4.1. Masy urojone. 17
4.2. Przyspieszenie zamiast zwalniania. osiemnaście
4.3. Negatywne energie. 19
5. Prędkość superluminalna. 20
Wniosek 22
Referencje 23
Wstęp
O naturze światła myślano od czasów starożytnych. Starożytni myśliciele wierzyli, że światło jest wypływem „atomów” z obiektów do oczu obserwatora (Pitagoras - około 580 - 500 pne). Jednocześnie określono prostoliniowość rozchodzenia się światła, wierzono, że rozchodzi się ono z bardzo dużymi prędkościami, niemal natychmiast. W XVI-XVII wieku R. Descartes (Rene Descartes, francuski fizyk, 1596-1650), R. Hooke (Robert Hooke, angielski fizyk, 1635-1703), H. Huygens (Christian Huygens, holenderski fizyk, 1629-1695 ) wynika z faktu, że propagacja światła jest propagacją fal w ośrodku. Isaac Newton (Isaac Newton, fizyk angielski, 1643-1727) przedstawił korpuskularną naturę światła, tj. wierzył, że światło to emisja pewnych cząstek przez ciała i ich propagacja w przestrzeni.
W 1801 r. T. Jung (Thomas Jung, angielski fizyk, 1773-1829) zaobserwował interferencję światła, co doprowadziło do rozwoju eksperymentów ze światłem na interferencji i dyfrakcji. A w 1818 O. Zh. Fresnel (Augustin Jean Fresnel, francuski fizyk, 1788-182 7) ożywił falową teorię propagacji światła. D.K. Po ustaleniu ogólnych praw pola elektromagnetycznego Maxwell doszedł do wniosku, że światło to fale elektromagnetyczne. Ponadto wysunięto hipotezę "światowego eteru", że światło jest rozchodzeniem się fal elektromagnetycznych w ośrodku - "eterze". Słynne eksperymenty sprawdzające istnienie eteru światowego przeprowadził A.A. Michelson i E.W. Morley (1837-1923) oraz fascynację światłem ruchomym medium – A.I. Fizeau. (Albert Abraham Michelson, fizyk amerykański, 1852-1931, 1907 Nagroda Nobla za stworzenie precyzyjnych instrumentów oraz wykonane z ich pomocą badania spektroskopowe i metrologiczne; Armand Hippolyte Louis Fizeau, fizyk francuski, 1819-1896). W rezultacie wykazano, że światowy eter (przynajmniej w takim sensie, w jaki wierzyli wówczas fizycy – jakieś absolutne nieruchome środowisko) nie istnieje.
Wraz z odkryciem w eksperymencie korpuskularnych właściwości i przejawów światła (efekt fotoelektryczny, efekt Comptona i inne zjawiska), kwantową naturę światła opracowali M. Planck i A. Einstein, w ramach którego światło wykazuje obie fale oraz własności korpuskularne – tzw. dualizm korpuskularno – falowy. (Max Karl Ernst Ludwig Planck - niemiecki fizyk teoretyk, 1858-1947, 1918 Nagroda Nobla za odkrycie praw promieniowania, Arthur Hotie Compton, amerykański fizyk, 1892-1962, 1927 Nagroda Nobla za efekt nazwany jego imieniem).
Próbowali także mierzyć prędkość światła na różne sposoby, zarówno w warunkach naturalnych, jak i laboratoryjnych.
1. Eksperymenty określające prędkość światła.
1.1. Pierwsze eksperymenty.
1.1.1. Doświadczenie Galileusza.
Pierwszym, który próbował eksperymentalnie zmierzyć prędkość światła, był włoski Galileo Galilei. Eksperyment składał się z następujących czynności: dwie osoby, stojące na szczytach wzgórz w odległości kilku kilometrów od siebie, dawały sygnały za pomocą latarni wyposażonych w żaluzje. Ten eksperyment, który następnie przeprowadzili naukowcy z Akademii Florenckiej, wyraził w swojej pracy „Rozmowy i dowody matematyczne dotyczące dwóch nowych gałęzi nauki związanych z mechaniką i ruchem lokalnym” (opublikowanej w Leiden w 1638 r.).
Po eksperymencie Galileo doszedł do wniosku, że prędkość światła rozchodzi się natychmiast, a jeśli nie natychmiast, to z bardzo dużą prędkością.
Oczywiście środki, którymi dysponował Galileo, nie pozwalały na tak łatwe rozwiązanie tej kwestii i był tego w pełni świadomy.
1.2 Astronomiczne metody wyznaczania prędkości światła.
1.2.1. Zaćmienie księżyca Jowisza - Io.
OK. Roemer (1676, Ole Christensen Roemer, holenderski astronom, 1644-1710) obserwował zaćmienie księżyca Jowisza (J) - Io, odkrytego przez Galileusza w 1610 roku (odkrył także 3 kolejne księżyce Jowisza). Promień orbity satelity Io wokół Jowisza wynosi 421600 km, średnica satelity 3470 km (patrz Rysunki 2.1 i 2.2). Czas zaćmienia wynosił = 1,77 dnia = 152928 s. OK. Roemer zaobserwował naruszenie okresowości zaćmień, a Roemer powiązał to zjawisko ze skończoną prędkością propagacji światła. Promień orbity Jowisza wokół Słońca Rj jest znacznie większy niż promień orbity Ziemi R3, a okres obiegu wynosi około 12 lat. Oznacza to, że podczas półobrotu Ziemi (sześć miesięcy) Jowisz przesunie się po orbicie na pewną odległość i jeśli ustalimy czas nadejścia sygnału świetlnego od momentu pojawienia się Io z cienia Jowisza, wtedy światło powinno przebyć większą odległość do Ziemi w przypadku 2 niż w przypadku 1 (patrz rys.2.2). Niech będzie momentem, w którym Io wyłoni się z cienia Jowisza przy zegarze na Ziemi, i będzie prawdziwym momentem w czasie, kiedy to się stanie. Potem będzie:
gdzie jest odległość, jaką światło pokonuje do Ziemi. W kolejnym wyjściu Io mamy podobnie:
gdzie jest nowa odległość, jaką światło pokonuje do Ziemi. Prawdziwy okres orbitalny Io wokół Jowisza jest określony przez różnicę czasu:
Oczywiście na jeden okres czasu, kiedy nastąpi jedno zaćmienie, trudno jest określić te czasy z dużą dokładnością. Dlatego wygodniej jest prowadzić obserwacje przez sześć miesięcy, kiedy odległość do Ziemi zmienia się na wartość maksymalną. W takim przypadku prawdziwy okres zaćmienia można określić jako średnią z sześciu miesięcy lub roku. Następnie możesz określić prędkość światła po dwóch kolejnych pomiarach czasu wyłonienia się Io z cienia:
Wartości pochodzą z obliczeń astronomicznych. Jednak odległość ta niewiele się zmienia po jednym zaćmieniu. Wygodniej jest wykonać pomiary za sześć miesięcy (kiedy Ziemia przesuwa się na drugą stronę swojej orbity) i uzyskać całkowity czas zaćmienia:
gdzie n to liczba zaćmień w ciągu tych sześciu miesięcy. Wszystkie inne pośrednie czasy propagacji światła na Ziemię uległy skróceniu, ponieważ odległość zmienia się słabo podczas jednego zaćmienia. Stąd Roemer uzyskał prędkość światła równą c = 214300 km/s.
1.2.2. Lekka aberracja.
W astronomii aberracją jest zmiana pozornej pozycji gwiazdy w sferze niebieskiej, czyli odchylenie kierunku pozornego do gwiazdy od rzeczywistego, spowodowane skończonością prędkości światła i ruchem obserwator. Codzienna aberracja wynika z obrotu Ziemi; roczny - rewolucja Ziemi wokół Słońca;
świecki - ruch Układu Słonecznego w kosmosie.
Ryż. Aberracja światła gwiazdy.
Aby zrozumieć to zjawisko, można wyciągnąć prostą analogię. Krople deszczu spadające pionowo przy spokojnej pogodzie zostawiają ukośny ślad na bocznej szybie jadącego samochodu.
W wyniku aberracji światła pozorny kierunek do gwiazdy różni się od rzeczywistego o kąt zwany kątem aberracji. Rysunek pokazuje, że
gdzie jest składową prędkości ruchu Ziemi prostopadłą do kierunku gwiazdy.
W praktyce zjawisko aberracji (rocznej) obserwuje się następująco. Podczas każdej obserwacji oś teleskopu jest zorientowana w przestrzeni w taki sam sposób w stosunku do nieba gwiaździstego, a obraz gwiazdy jest utrwalany w płaszczyźnie ogniskowej teleskopu. Ten obraz przedstawia elipsę przez cały rok. Znając parametry elipsy i inne dane odpowiadające geometrii eksperymentu można obliczyć prędkość światła. W 1727 r. z obserwacji astronomicznych J. Bradley znalazł 2 * = 40,9 "i otrzymał
s = 303000 km/s.
1.3. Laboratoryjne metody pomiaru prędkości światła.
1.3.1. Synchroniczna metoda detekcji.
Do pomiaru prędkości światła Armand Fizeau (1849) zastosował metodę detekcji synchronicznej. Użył szybko obracającej się tarczy z zębami N (ryc. 2.3), które są sektorami nieprzezroczystymi. Między tymi sektorami (zębami) światło przechodziło ze źródła do lustra odbijającego iz powrotem do obserwatora. W tym przypadku kąt między środkami sektorów wynosi
Prędkość kątową obrotu dobrano tak, aby światło po odbiciu od zwierciadła znajdującego się za dyskiem wpadało do oczu obserwatora przechodząc przez sąsiedni otwór. Podczas ruchu światła z dysku do lustra i z powrotem:
obracanie tarczy tworzy kąt
Znając odległość L, prędkość kątową tarczy ω oraz kąt △ φ, przy którym pojawia się światło, można obliczyć prędkość światła. Fizeau uzyskał prędkość równą c = (315300500) km/s. Eksperymentatorzy uzyskali udoskonaloną wartość prędkości światła w przybliżeniu tymi samymi metodami z = (298000500) km / s (1862), a następnie z = (2997964) km / s (A. Michelson w 1927 i 1932). Później Bergstrand otrzymał - s = (299793.10.3) km / s.
Zwróćmy tutaj uwagę na jedną z najdokładniejszych metod pomiaru prędkości światła - metodę rezonatora wnękowego, której główną ideą jest tworzenie stojącej fali świetlnej i obliczanie liczby półfal wzdłuż rezonatora długość. Podstawowe zależności między prędkością światła c, długością fali λ, okresem T i częstotliwością ν są następujące:
Wprowadzono tu również częstotliwość kątową, która jest niczym innym jak prędkością kątową obrotu ω o amplitudzie, jeśli oscylacje przedstawimy jako rzut ruchu obrotowego na oś. W przypadku powstawania stojącej fali świetlnej na długości rezonatora mieści się całkowita liczba półfal. Znajdując tę liczbę i korzystając z zależności (*), możesz wyznaczyć prędkość światła.
Ostatnie postępy (1978) dały następującą wartość dla prędkości światła c = 299792.458 km/s = (299792458 1,2) m/s.
1.4. Eksperymenty z propagacją światła w ośrodku.
1.4.1. Doświadczenie Armana Fizeau.
Eksperyment Armanda Fizeau (1851). Fizeau rozważał propagację światła w poruszającym się medium. W tym celu przepuszczał wiązkę światła przez stojącą i płynącą wodę i wykorzystując zjawisko interferencji światła, porównał wzorce interferencyjne, analizując, dzięki którym można było ocenić zmianę prędkości propagacji światła (patrz rysunek 2.4). Dwa promienie światła, odbite od półprzezroczystego lustra (promień 1) i przechodzące przez nie (promień 2), dwukrotnie przechodzą przez rurkę z wodą, a następnie tworzą na ekranie wzór interferencyjny. Najpierw mierzy się je w wodzie stojącej, a następnie w wodzie płynącej z prędkością V.
W tym przypadku jeden promień (1) porusza się z prądem, a drugi (2) - pod prąd wody. Prążki interferencyjne są przesunięte ze względu na zmianę różnicy ścieżek między dwiema wiązkami. Mierzy się różnicę w drodze promieni i znajduje się od niej zmiana prędkości propagacji światła. Prędkość światła w ośrodku stacjonarnym ĉ zależy od współczynnika załamania ośrodka n:
Zgodnie z zasadą względności Galileusza, dla obserwatora, względem którego światło porusza się w ośrodku, prędkość powinna być równa:
Eksperymentalnie Fizeau ustalił, że przy prędkości wody V istnieje współczynnik, dlatego wzór wygląda następująco:
gdzie * jest współczynnikiem porywania światła przez poruszający się ośrodek:
Eksperyment Fizeau pokazał zatem, że klasyczna reguła dodawania prędkości nie ma zastosowania do propagacji światła w poruszającym się ośrodku, tj. światło jest tylko częściowo zabierane przez poruszające się medium. Eksperyment Fizeau odegrał ważną rolę w konstrukcji elektrodynamiki poruszających się mediów.
Służyła jako uzasadnienie SRT, gdzie współczynnik * otrzymuje się z prawa dodawania prędkości (jeśli ograniczymy się do pierwszego rzędu dokładności ze względu na małą wartość ν/s). Z tego doświadczenia wynika wniosek, że klasyczne (galilejskie) przekształcenia nie mają zastosowania do propagacji światła.
1.4.2. Poprawa Foucaulta.
Kiedy Fizeau ogłosił wynik swoich pomiarów, naukowcy zakwestionowali wiarygodność tej kolosalnej liczby, według której światło dociera ze Słońca na Ziemię w 8 minut i może latać wokół Ziemi w ósmej sekundy. Wydawało się niewiarygodne, że można zmierzyć tak ogromną prędkość za pomocą tak prymitywnych przyrządów. Czy światło przemierza więcej niż osiem kilometrów między lustrami Fizeau w ciągu 1/36000 sekundy? Wielu twierdziło, że niemożliwe. Jednak wynik uzyskany przez Fizeau był bardzo zbliżony do wyniku Röhmera. To nie mógł być przypadek.
Trzynaście lat później, gdy sceptycy wciąż jeszcze wątpili i czynili ironiczne uwagi, Jean Bernard Léon Foucault, syn paryskiego wydawcy, swego czasu przygotowujący się do zostania lekarzem, określił prędkość światła w nieco inny sposób. Pracował z Fizeau przez kilka lat i dużo myślał o tym, jak poprawić swoje doświadczenie. Zamiast koła zębatego Foucault użył obracającego się lustra.
Ryż. 3. Instalacja Foucaulta.
Po kilku ulepszeniach Michelson użył tego urządzenia do określenia prędkości światła. W tym urządzeniu koło zębate zostało zastąpione przez obracające się płaskie zwierciadło C. Jeżeli zwierciadło C jest nieruchome lub obraca się bardzo wolno, światło jest odbijane do półprzezroczystego zwierciadła B w kierunku oznaczonym linią ciągłą. Gdy lustro obraca się szybko, odbita wiązka przesuwa się do pozycji wskazanej linią przerywaną. Patrząc przez okular obserwator mógł zmierzyć przemieszczenie wiązki. Pomiar ten dał mu dwukrotność wartości kąta α, tj. kąt obrotu zwierciadła w czasie, gdy wiązka światła przeszła z C do wklęsłego zwierciadła A i z powrotem do C. Znając prędkość obrotu zwierciadła C, odległość od A do C oraz kąt obrotu lustro C w tym czasie można było obliczyć prędkość światła.
Na długo zanim naukowcy zmierzyli prędkość światła, musieli ciężko pracować, aby zdefiniować samo pojęcie „światła”. Jako jeden z pierwszych pomyślał o tym Arystoteles, który uważał światło za rodzaj ruchomej substancji rozprzestrzeniającej się w przestrzeni. Jego starożytny rzymski kolega i wyznawca Lukrecjusz Karus nalegał na atomową strukturę światła.
Do XVII wieku powstały dwie główne teorie natury światła - korpuskularna i falowa. Newton był jednym ze zwolenników pierwszego. Jego zdaniem wszystkie źródła światła emitują najmniejsze cząsteczki. W procesie „lotu” tworzą świetliste linie - promienie. Jego przeciwnik, holenderski naukowiec Christian Huygens, twierdził, że światło jest rodzajem ruchu falowego.
W wyniku wielowiekowych sporów naukowcy doszli do konsensusu: obie teorie mają prawo do życia, a światło to widmo fal elektromagnetycznych widoczne dla oka.
Trochę historii. Jak mierzono prędkość światła
Większość starożytnych naukowców była przekonana, że prędkość światła jest nieskończona. Jednak wyniki badań Galileusza i Hooke'a przyznały jej granicę, co wyraźnie potwierdził w XVII wieku wybitny duński astronom i matematyk Olaf Roemer.
Swoje pierwsze pomiary wykonał obserwując zaćmienia Io, satelity Jowisza w czasie, gdy Jowisz i Ziemia znajdowały się po przeciwnych stronach względem Słońca. Roemer odnotował, że gdy Ziemia oddalała się od Jowisza na odległość równą średnicy orbity Ziemi, zmieniał się czas opóźnienia. Maksymalna wartość to 22 minuty. W wyniku obliczeń uzyskał prędkość 220 000 km/s.
50 lat później, w 1728 roku, dzięki odkryciu aberracji, angielski astronom J. Bradley „dopracował” tę liczbę do 308 000 km/s. Później prędkość światła zmierzyli francuscy astrofizycy François Argo i Leon Foucault, którzy uzyskali 298 000 km/s na „zjeździe”. Jeszcze dokładniejszą technikę pomiarową zaproponował twórca interferometru, słynny amerykański fizyk Albert Michelson.
Eksperyment Michelsona w określaniu prędkości światła
Eksperymenty trwały od 1924 do 1927 roku i składały się z 5 serii obserwacji. Istota eksperymentu była następująca. Na Mount Wilson w okolicach Los Angeles zainstalowano źródło światła, lustro i obracający się pryzmat oktaedryczny, a po 35 km na Mount San Antonio zainstalowano lustro odbijające. Najpierw światło przez soczewkę i szczelinę padało na pryzmat obracający się za pomocą szybkoobrotowego wirnika (z prędkością 528 obr./s).
Uczestnicy eksperymentów mogli regulować prędkość rotacji tak, aby obraz źródła światła był wyraźnie widoczny w okularze. Ponieważ znane były odległości między szczytami i częstotliwość rotacji, Michelson wyznaczył wartość prędkości światła – 299796 km/s.
Naukowcy ostatecznie zdecydowali się na prędkość światła w drugiej połowie XX wieku, kiedy powstały masery i lasery, charakteryzujące się najwyższą stabilnością częstotliwości promieniowania. Na początku lat 70. błąd pomiaru spadł do 1 km/s. W rezultacie, zgodnie z zaleceniem XV Generalnej Konferencji Miar, która odbyła się w 1975 roku, zdecydowano przyjąć, że prędkość światła w próżni wynosi obecnie 299792.458 km/s.
Czy prędkość światła jest dla nas osiągalna?
Jest oczywiste, że eksploracja odległych zakątków Wszechświata jest nie do pomyślenia bez statków kosmicznych lecących z dużą prędkością. Pożądane z prędkością światła. Ale czy to możliwe?
Bariera prędkości światła jest jedną z konsekwencji teorii względności. Jak wiecie, wzrost prędkości wymaga wzrostu energii. Prędkość światła wymagałaby prawie nieskończonej energii.
Niestety, prawa fizyki są temu kategorycznie przeciwne. Przy prędkości statku kosmicznego 300 000 km / s lecące w jego kierunku cząstki, na przykład atomy wodoru, zamieniają się w śmiertelne źródło potężnego promieniowania równego 10 000 siwertów / s. To mniej więcej to samo, co przebywanie w Wielkim Zderzaczu Hadronów.
Według naukowców z Johns Hopkins University w przyrodzie nie ma odpowiedniej ochrony przed tak potwornym promieniowaniem kosmicznym. Erozja spowodowana oddziaływaniem pyłu międzygwiazdowego dopełni zniszczenie statku.
Kolejnym problemem związanym z prędkością światła jest dylatacja czasu. Jednocześnie starość znacznie się przedłuży. Pole widzenia również ulegnie krzywiźnie, w wyniku której trajektoria statku przejdzie niejako w tunelu, na końcu którego załoga zobaczy świecący błysk. Za statkiem pozostanie absolutna ciemność.
Tak więc w niedalekiej przyszłości ludzkość będzie musiała ograniczyć swoje szybkie „apetyty” do 10% prędkości światła. Oznacza to, że najbliższa Ziemi gwiazda - Proxima Centauri (4,22 lat świetlnych) potrzebuje około 40 lat na przelot.
Istnieją różne metody pomiaru prędkości światła, w tym astronomiczne i wykorzystujące różne techniki eksperymentalne. Dokładność pomiaru Z stale rośnie. Tabela zawiera niepełny wykaz prac eksperymentalnych dotyczących wyznaczania prędkości światła.
|
Data |
Eksperyment |
Metody eksperymentalne |
Wyniki pomiarów, km / s |
|
1676 1725 1849 1850 1857 1868 1875 1880 1883 1883 1901 1907 1928 1932 1941 1952 |
Roemer Bradley Fizeau Foucault Weber-Kohlrausch Maxwell Cornu Michelson Thomson Nowy grzebień Perrotin Róża i Dorsey Mittelyptedt Groszek i Pearson Anderson Froome |
Zaćmienie księżyca Jowisza Aberracja światła Ciała pędne Obrotowe lustra Stałe elektromagnetyczne Stałe elektromagnetyczne Obrotowe lustra Obrotowe lustra Stałe elektromagnetyczne Obrotowe lustra Obrotowe lustra Stałe elektromagnetyczne Ogniwo migawki Kerra Obrotowe lustra Ogniwo migawki Kerra Interferometria mikrofalowa |
214 459 308 000 313 290 298 000 310 000 288 000 299 990 299 910 282 000 299 880 299 777 299 784 299 778 299 774 299 782 299 792.45 |
Zdjęcia pokazują reprodukcję samego obrazu Romera, a także schematyczną interpretację.
Metoda astronomiczna Roemera opiera się na pomiarach prędkość światło z obserwacji Ziemi zaćmień satelitów Jowisza... Jowisz ma kilkao satelitach, które są widoczne z Ziemi w pobliżu Jowisza lub
Niech w pewnym momencie ZiemiaZ1 i Jowisz J1 są w opozycji iw tym momencie jeden z satelitów Jowisza, obserwowany z Ziemi, znika w cieniu Jowisza (satelita nie jest pokazany na rysunku). Następnie, jeśli przez R i r oznaczymy promienie orbit Jowisza i Ziemi, a przez c - prędkość eta in układu współrzędnych związanego ze Słońcem C, na Ziemi, odlot satelity w cień Jowisza zostanie zarejestrowany (R-r) / s później niż ma to miejsce w ramach czasowych odniesienia związanych z Jowiszem.
Po 0,545 roku Ziemia Z2 i Jowisz U2 są w koniunkcji. Jeśli w tym czasie nastąpi n-te zaćmienie tego samego satelity Jowisza, to na Ziemi zostanie ono zarejestrowane z opóźnieniem (R + r) / s sekund. Zatem jeśli okres obrotu satelity wokół Jowisza wynosi t, to odstęp czasu T1 między pierwszym a n-tym zaćmieniem obserwowanym z Ziemi jest równy
Po kolejnych 0,545 roku Ziemia Z3 i Jowisz J3 ponownie staną w opozycji. W tym czasie miały miejsce (n-1) obroty satelity wokół Jowisza oraz (n-1) zaćmienia, z których pierwsze miało miejsce, gdy Ziemia i Jowisz zajęły pozycje Z2 i Yu2, a ostatnie - gdy zajęły pozycje Z3 i Yu3. Pierwsze zaćmienie zaobserwowano na Ziemi z opóźnieniem (R+r)/s, a ostatnie z opóźnieniem (R-r)/s w stosunku do momentów, w których satelita wszedł w cień planety Jowisz. Dlatego w tym przypadku mamy
Roemer zmierzył przedziały czasu T1 i T2 i stwierdził, że T1-T2 = 1980 s. Ale ze wzorów napisanych powyżej wynika, że T1-T2 = 4r / s, a więc c = 4r / 1980 m / s. Przyjmując r, średnią odległość Ziemi od Słońca, równą 1 500 000 000 km, otrzymujemy dla prędkości światła wartość 3,01 * 106 m/s.
Ten wynik był pierwszym pomiarem prędkości światła.
W 1725 r. James Bradley odkryli, że gwiazda Smoka, znajdująca się w zenicie (tj. bezpośrednio nad głową), wykonuje pozorny ruch z okresem jednego roku po prawie kołowej orbicie o średnicy 40,5 sekundy kątowej. W przypadku gwiazd widocznych w innych miejscach na firmamencie Bradley również zaobserwował podobny pozorny ruch — generalnie eliptyczny.
Zjawisko obserwowane przez Bradleya nazywa się aberracją. Nie ma to nic wspólnego z ruchem gwiazdy. Przyczyną aberracji jest fakt, że wielkość prędkości światła jest skończona, a obserwację prowadzi się z Ziemi poruszającej się po swojej orbicie z określoną prędkością v.
Kąt otwarcia stożka, pod którym widoczna jest z Ziemi pozorna trajektoria gwiazdy, określa wyrażenie: tgα = v / c
Znając kąt α a prędkość orbity Ziemi v, można określić prędkość światła c.
Uzyskał wartość prędkości światła równą 308 000 km/s.
W 1849 r. po raz pierwszy w warunkach laboratoryjnych przeprowadzono oznaczenie prędkości światła. A. Fizeau... Jego metoda została nazwana metodą koła zębatego. Cechą charakterystyczną jego metody jest automatyczna rejestracja momentów startu i powrotu sygnału, realizowana poprzez regularne przerywanie strumienia świetlnego (koło zębate).
Rysunek przedstawia schemat eksperymentu określającego prędkość światła metodą koła zębatego.
Światło ze źródła przeszło przez wyłącznik (zęby obracającego się koła) i odbite od lusterka wróciło ponownie do koła zębatego. Znając odległość między kołem a lustrem, liczbę zębów koła, prędkość obrotową, możesz obliczyć prędkość światła.
Znając odległość D, liczbę zębów z, prędkość kątową obrotu (liczbę obrotów na sekundę) v, możemy wyznaczyć prędkość światła. Uzyskał to równe 313 000 km/s.
Amerykański fizyk przez całe życie Albert Abraham Michelson(1852-1931) udoskonalił metodę pomiaru prędkości światła. Tworząc coraz bardziej skomplikowane instalacje, starał się uzyskiwać wyniki z minimalnym błędem. W latach 1924-1927 Michelson opracował schemat eksperymentu, w którym wiązka światła została wysłana ze szczytu Mount Wilson na szczyt San Antonio (odległość około 35 km). Do migawki obrotowej zastosowano obrotowe lustro, wykonane z niezwykłą precyzją i napędzane specjalnie zaprojektowanym, szybkim wirnikiem, który obraca się z prędkością do 528 obrotów na sekundę.
Zmieniając częstotliwość obrotów wirnika, obserwator uzyskał w okularze wygląd stabilnego obrazu źródła światła. Znajomość odległości między instalacjami oraz częstotliwości obrotu lustra pozwoliła na obliczenie prędkości światła.
Od 1924 do początku 1927 przeprowadzono pięć niezależnych serii obserwacji, zwiększono dokładność pomiaru odległości i prędkości wirnika. Średni wynik pomiaru wyniósł 299 798 km na sekundę.
Wyniki wszystkich pomiarów Michelsona można zapisać jako c = (299796 ± 4) km/s.
Górny rysunek przedstawia schemat eksperymentu Michelsona. Dolny rysunek przedstawia uproszczony schemat eksperymentu. Użytkownik może zmieniać częstotliwość obrotu pryzmatu ośmiokątnego, obserwując ruch impulsu świetlnego i wpadanie go w okular obserwatora.
Częstotliwość można zmieniać w zakresie od 0 do 1100 obrotów na sekundę w krokach co 2 s –1. Aby ułatwić ustawienie częstotliwości w eksperymencie, wykonano zgrubne pokrętło regulacji prędkości, dokładniejsze ustawienia można ustawić za pomocą dodatkowych klawiszy po prawej stronie okna częstotliwości. Optymalne wyniki osiągane są przy 528 i 1056 obr./s. Przy 0 obrotach statyczna wiązka światła jest ciągnięta od źródła do obserwatora.
Przykład obliczenia prędkości światła dla eksperymentu, w którym pojawienie się światła jest rejestrowane przez obserwatora przy częstotliwości obrotu zwierciadła 528 s –1.
Tutaj ν i T to częstotliwość i okres obrotu pryzmatu oktaedrycznego, τ 1 to czas, w którym wiązka światła przebyła odległość L z jednej instalacji do drugiej i wróciła z powrotem, jest to również czas obrotu jednej twarz lustra.
Na podstawie materiałów z www.school-collection.edu.ru
Laboratoryjne metody określania prędkości światła są zasadniczo udoskonaleniem metody Galileo.
a) Metoda przerwania.
Fizeau (1849) po raz pierwszy wykonał wyznaczenie prędkości światła w warunkach laboratoryjnych. Cechą charakterystyczną jego metody jest automatyczna rejestracja momentów uruchomienia i powrotu sygnału, realizowana poprzez regularne przerywanie strumienia świetlnego (koło zębate). Schemat eksperymentu Fizeau pokazano na ryc. 9.3. Światło ze źródła S wchodzi między zęby obracającego się koła W do lustra m i po odbiciu z powrotem musi ponownie przejść między zębami do obserwatora. Dla wygody okular mi, służący do obserwacji, znajduje się naprzeciwko a i światło gaśnie z S Do W za pomocą półprzezroczystego lustra n... Jeżeli koło obraca się, a ponadto z taką prędkością kątową, że podczas ruchu światła od a Do m i z powrotem w miejsce zębów będą szczeliny i odwrotnie, zwrócone światło nie zostanie przekazane do okularu i obserwator nie zobaczy światła (pierwsze zaćmienie). Wraz ze wzrostem prędkości kątowej światło częściowo dotrze do obserwatora. Jeśli szerokość zębów i szczelin jest taka sama, to przy podwójnej prędkości będzie maksimum światła, przy potrójnej prędkości nastąpi drugie zaćmienie itp. Znając odległość jestem=D, Liczba zębów z, kątowa prędkość obrotowa (liczba obrotów na sekundę) n, możesz obliczyć prędkość światła.
| Ryż. 9.3. Schemat doświadczenia metody przerwania. |
Lub z=2Dzn.
Główna trudność w ustaleniu polega na dokładnym ustaleniu momentu zaćmienia. Dokładność wzrasta wraz z odległością D oraz przy częstotliwościach przerwań umożliwiających obserwowanie zaćmień wyższego rzędu. Tak więc Perrotin prowadził swoje obserwacje w D= 46 km i zaobserwowano zaćmienie 32. rzędu. W takich warunkach wymagane są instalacje o dużej aperturze, czyste powietrze (obserwacje w górach), dobra optyka i mocne źródło światła.
Ostatnio zamiast obracającego się koła z powodzeniem stosuje się inne, bardziej zaawansowane metody przerywania światła.
b) Metoda obracającego się lustra.
Foucault (1862) z powodzeniem wdrożył drugą metodę, której zasadę zaproponował Arago już wcześniej (1838) w celu porównania prędkości światła w powietrzu z prędkością światła w innych ośrodkach (woda). Metoda opiera się na bardzo dokładnych pomiarach krótkich odstępów czasu za pomocą obrotowego lustra. Schemat eksperymentu jest jasny z ryc. 9.4. Światło ze źródła S prowadzony przez obiektyw L na obrotowym lustrze r, odbity od niego w kierunku drugiego lustra Z i wraca, mijając ścieżkę 2 CR=2D w trakcie T... Czas ten jest szacowany na podstawie kąta obrotu lustra r którego prędkość obrotowa jest dokładnie znana; kąt obrotu wyznaczany jest z pomiaru przemieszczenia plamki zadanego przez zwracane światło. Pomiary dokonywane są za pomocą okularu mi i półprzezroczysty talerz m który odgrywa taką samą rolę jak w poprzedniej metodzie; S 1 - pozycja króliczka ze stałym lusterkiem r, S " 1 - gdy lustro się obraca. Ważną cechą instalacji Foucaulta było wykorzystanie jako lustra Z zwierciadło sferyczne wklęsłe, którego środek krzywizny leży na osi obrotu r... Z tego powodu światło odbite od r Do Z, zawsze wracałem r; w przypadku zastosowania lustra płaskiego Z stałoby się to tylko przy pewnej wzajemnej orientacji r oraz Z gdy oś odbitego stożka promieni znajduje się normalnie do Z.
Foucault, zgodnie z pierwotnym planem Arago, za pomocą swojego urządzenia dokonał również określenia prędkości światła w wodzie, gdyż potrafił skrócić odległość RС do 4 m, dając lusterku 800 obrotów na sekundę. Pomiary Foucaulta wykazały, że prędkość światła w wodzie jest mniejsza niż w powietrzu, zgodnie z ideami falowej teorii światła.
Ostatnia (1926) instalacja Michelsona została przeprowadzona pomiędzy dwoma szczytami górskimi tak, że wynikiem jest odległość D»35,4 km (dokładniej 35 373,21 m). Jako lustro służył stalowy pryzmat oktaedryczny obracający się z prędkością 528 obr/s.
Czas potrzebny na zrobienie pełnej drogi przez światło wynosił 0,00023 s, dzięki czemu zwierciadło zdążyło obrócić się o 1/8 obrotu i światło padło na krawędź pryzmatu. Przemieszczenie plamki było więc stosunkowo nieznaczne, a określenie jej położenia pełniło rolę korekty, a nie głównej wartości pomiarowej, jak w pierwszych eksperymentach Foucaulta, gdzie całe przemieszczenie sięgnęło zaledwie 0,7 mm.
Dokonano również bardzo dokładnych pomiarów prędkości propagacji fal radiowych. W tym przypadku zastosowano pomiary radiogeodezyjne, tj. określenie odległości między dwoma punktami za pomocą sygnałów radiowych równolegle z dokładnymi pomiarami triangulacyjnymi. Najlepsza wartość uzyskana tą metodą, sprowadzona do próżni, wynosi c = 299 792 ± 2,4 km/s. Ostatecznie prędkość fal radiowych wyznaczono metodą fal stojących generowanych w rezonatorze cylindrycznym. Teoria umożliwia powiązanie danych dotyczących wymiarów rezonatora i jego częstotliwości rezonansowej z prędkością fal. Eksperymenty przeprowadzono z rezonatorem próżniowym, więc nie było wymagane zmniejszenie próżni. Najlepsza wartość uzyskana tą metodą to s = 299 792,5 ± 3,4 km/s.
c) Prędkości fazowe i grupowe światła.
Laboratoryjne metody wyznaczania prędkości światła, które umożliwiają wykonanie tych pomiarów w krótkim czasie, pozwalają na wyznaczenie prędkości światła w różnych ośrodkach, a tym samym sprawdzenie zależności teorii załamania światła. Jak już wielokrotnie wspomniano, współczynnik załamania światła w teorii Newtona wynosi n= grzech i/ grzech r=υ 2 /υ 1 oraz w teorii fal n= grzech i/ grzech r=υ 1 /υ 2, gdzie υ 1 to prędkość światła w pierwszym ośrodku, a υ 2 - prędkość światła w drugim medium. Arago dostrzegł w tej różnicy również możliwość eksperymentu crucis i zaproponował ideę eksperymentu, który wykonał później Foucault, który znalazł wartość dla stosunku prędkości światła w powietrzu i wodzie bliską, jak wynika z Huygensa. , a nie, jak wynika z teorii Newtona.
Konwencjonalna definicja współczynnika załamania n= grzech i/ grzech r=υ 1 /υ 2 ze zmiany kierunku normalnej fali na granicy dwóch ośrodków daje stosunek prędkości fazowych fali w tych dwóch ośrodkach. Jednak pojęcie prędkości fazowej ma zastosowanie tylko do fal ściśle monochromatycznych, których tak naprawdę nie da się zrealizować, ponieważ musiałyby istnieć w nieskończoność w czasie i wyć w przestrzeni w nieskończoność.
W rzeczywistości zawsze mamy do czynienia z mniej lub bardziej złożonym impulsem, ograniczonym w czasie i przestrzeni. Obserwując taki impuls, możemy wyróżnić jego konkretne miejsce, na przykład miejsce maksymalnego zasięgu tego pola elektrycznego lub magnetycznego, którym jest impuls elektromagnetyczny. Szybkość impulsu można utożsamić z szybkością propagacji dowolnego punktu, na przykład punktu o maksymalnym natężeniu pola.
Jednak medium (z wyjątkiem próżni) zazwyczaj charakteryzuje się dyspersją, tj. Fale monochromatyczne rozchodzą się z różnymi prędkościami fazowymi w zależności od ich długości, a impuls zaczyna się deformować. W tym przypadku kwestia prędkości impulsu staje się bardziej skomplikowana. Jeśli dyspersja nie jest bardzo duża, to deformacja impulsu zachodzi powoli i możemy śledzić ruch określonej amplitudy pola w impulsie falowym, np. maksymalną amplitudę pola. Jednak prędkość ruchu impulsu, nazwana przez Rayleigha prędkość grupowa, będzie się różnić od prędkości fazowej którejkolwiek ze składowych fal monochromatycznych.
Dla uproszczenia obliczeń pomyślimy o impulsie jako o zbiorze dwóch sinusoid o tej samej amplitudzie, które mają zbliżoną częstotliwość, a nie jako o zbiorze nieskończonej liczby bliskich sinusoid. Dzięki temu uproszczeniu zachowane są główne cechy zjawiska. Tak więc nasz impuls lub, jak mówią, grupa fal, składa się z dwóch fal.
gdzie przyjmuje się, że amplitudy są równe, a częstotliwości i długości fal niewiele się od siebie różnią, tj.
gdzie i są małymi wartościami. Impuls (grupa falowa) w jest kwota w 1 i w 2, tj.
Wprowadzając notację, przedstawiamy nasz pęd w postaci, gdzie A nie stale, ale zmienia się w czasie i przestrzeni, ale zmienia się powoli, ponieważ δω oraz k- mały (w porównaniu do ω 0 i κ 0) wartości. Zakładając zatem pewną niedbałość w mowie, możemy uznać nasz impuls za sinusoidę o wolno zmieniającej się amplitudzie.
Tak więc prędkość impulsu (grupy), którą według Rayleigha nazywamy prędkość grupowa, jest prędkość ruchu amplitudy i dlatego, energia niesiony przez ruchomy impuls.
Tak więc fala monochromatyczna charakteryzuje się prędkością fazową υ=ω /κ , co oznacza prędkość ruchu faza, a impuls charakteryzuje się prędkością grupową u = dω/d odpowiadająca prędkości propagacji energii pola tego impulsu.
Nietrudno znaleźć związek między ty oraz υ ... W rzeczy samej,
lub, ponieważ i dlatego
te. wreszcie
(wzór Rayleigha).
Różnica pomiędzy ty oraz υ im bardziej znaczące, tym większa wariancja d/dλ... W przypadku braku wariancji ( d/dλ= 0) mamy u =... Ten przypadek, jak już wspomniano, ma miejsce tylko dla próżni.
Rayleigh pokazał, że w znanych metodach wyznaczania prędkości światła, z samej istoty techniki, nie mamy do czynienia z trwającą nieprzerwanie falą, ale rozbijamy ją na małe odcinki. Koło zębate i inne przerywacze w metodzie przerywania dają osłabienie i zwiększenie wzbudzenia światła, tj. grupa fal. Podobnie sytuacja wygląda w metodzie Rohmera, gdzie światło jest przerywane okresowymi zaciemnieniami. W metodzie obracającego się lustra również światło przestaje docierać do obserwatora, gdy lustro jest wystarczająco obrócone. We wszystkich tych przypadkach w ośrodku dyspersyjnym mierzymy prędkość grupową, a nie fazową.
Rayleigh uważał, że w metodzie aberracji świetlnej mierzymy natychmiastową prędkość fazową, ponieważ tam światło nie jest sztucznie przerywane. Ehrenfest (1910) wykazał jednak, że obserwacja aberracji światła jest w zasadzie nie do odróżnienia od metody Fizeau, tj. daje również szybkość grupy. Rzeczywiście, doświadczenie aberracji można podsumować w następujący sposób. Dwie tarcze z otworami są sztywno zamocowane na wspólnej osi. Światło jest przesyłane wzdłuż linii łączącej te otwory i dociera do obserwatora. Wprawmy cały aparat w szybki obrót. Ponieważ prędkość światła jest skończona, światło nie przejdzie przez drugi otwór. Aby przepuszczać światło, konieczne jest obracanie jednego dysku względem drugiego o kąt określony przez stosunek prędkości dysków do światła. Jest to typowe doświadczenie aberracji; nie różni się jednak niczym od eksperymentu Fizeau, w którym zamiast dwóch obracających się dysków z otworami jest jeden dysk i lustro do obracania wiązek, czyli tzw. zasadniczo dwa dyski: prawdziwy i jego odbicie w nieruchomym lustrze. Tak więc metoda aberracji daje to samo, co metoda przerwania, tj. prędkość grupy.
Tak więc w eksperymentach Michelsona zarówno z wodą, jak i dwusiarczkiem węgla, zmierzono stosunek prędkości grupowych, a nie fazowych.
Istnieją różne metody pomiaru prędkości światła, w tym astronomiczne i wykorzystujące różne techniki eksperymentalne. Dokładność pomiaru z stale rośnie. Ta tabela zawiera niepełną listę prac eksperymentalnych mających na celu określenie prędkości światła.
|
Eksperyment |
Metody eksperymentalne |
Wyniki pomiarów, km / s |
błąd eksperymentalny, |
|
|
Weber-Kohlrausch Maxwell Michelson Perrotin Róża i Dorsey Mittelyptedt Groszek i Pearson Anderson |
Zaćmienie księżyca Jowisza Aberracja światła Ciała pędne Obrotowe lustra Stałe elektromagnetyczne Stałe elektromagnetyczne Obrotowe lustra Obrotowe lustra Stałe elektromagnetyczne Obrotowe lustra Obrotowe lustra Stałe elektromagnetyczne Ogniwo migawki Kerra Obrotowe lustra Ogniwo migawki Kerra Interferometria mikrofalowa |
Rysunek przedstawia graficznie wartości liczbowe prędkości światła uzyskane w różnych latach (rysunek Olimpusmicro.com).
Możesz prześledzić, jak zmieniała się dokładność pomiarów wraz z postępem w dziedzinie nauki i techniki.
Pierwszy udany pomiar prędkości światła pochodzi z 1676 roku.
Ryciny przedstawiają reprodukcję rysunku samego Röhmera, a także schematyczną interpretację.
Metoda astronomiczna Roemera opiera się na pomiarach prędkość światła z obserwacji Ziemi zaćmień satelitów Jowisza... Jowisz ma kilka satelitów, które są widoczne z Ziemi w pobliżu Jowisza lub ukryte w jego cieniu. Obserwacje astronomiczne nad satelitami Jowisza pokazują, że średni odstęp czasu między dwoma kolejnymi zaćmieniami dowolnego konkretnego satelity Jowisza zależy od odległości Ziemi i Jowisza od siebie podczas obserwacji. Na zdjęciu: metoda Roemera. S - słońce, U - Jowisz, W - ziemia
Niech w pewnym momencie Ziemia Z1 i Jowisz J1 będą w opozycji i w tym momencie jeden z satelitów Jowisza, obserwowany z Ziemi, znika w cieniu Jowisza (satelita nie jest pokazany na rysunku ). Następnie, jeśli oznaczamy przez R i r promienie orbit Jowisza i Ziemi oraz poprzezc to prędkość światła w układzie współrzędnych związanym ze Słońcem C; na Ziemi odlot satelity w cień Jowisza zostanie zarejestrowany o ( R- r) / s sekund później, niż ma to miejsce w ramach czasowych odniesienia związanych z Jowiszem.
Po 0,545 roku Ziemia Z2 i Jowisz U2 są w koniunkcji. Jeśli w tej chwili jestn-te zaćmienie tego samego satelity Jowisza, to na Ziemi zostanie ono zarejestrowane z opóźnieniem o ( R + r) / s sekund. Dlatego, jeśli okres obrotu satelity wokół Jowiszat, to przedział czasuT1 płynący między pierwszym an-te zaćmienia obserwowane z Ziemi są równe
Po kolejnych 0,545 roku Ziemia Z3 i Jowisz J3 ponownie staną w opozycji. W tym czasie (n-1) obroty satelity wokół Jowisza i (n-1) zaćmienia, z których pierwsze miało miejsce, gdy Ziemia i Jowisz zajmowały pozycje Z2 i Yu2, a ostatnie - gdy zajmowały pozycje Z3 i Yu3. Pierwsze zaćmienie zaobserwowano na Ziemi z opóźnieniem ( R + r) / с, a ten ostatni z opóźnieniem ( R- r) / c w odniesieniu do momentów, w których satelita opuszcza cień planety Jowisz. Dlatego w tym przypadku mamy
Roemer zmierzył przedziały czasu T1 i T2 i stwierdził, że T1-T2 = 1980 s. Ale z powyższych wzorów wynika, że T1-T2 = 4 r / c, więc c = 4 r / 1980 m / s. Nabierającyr, średnia odległość Ziemi od Słońca, równa 1 500 000 000 km, dla prędkości światła znajdujemy wartość 3,01 * 10 6 m/s.
Wyznaczanie prędkości światła na podstawie obserwacji aberracji w latach 1725-1728. Bradley podjął obserwację w celu ustalenia, czy występuje roczna paralaksa gwiazd, tj. pozorne przemieszczenie gwiazd na firmamencie, odzwierciedlające ruch orbitalny Ziemi i związane ze skończoną odległością Ziemi od gwiazdy.
Bradley znalazł podobne nastawienie. Wyjaśnił obserwowane zjawisko, które nazwał lekka aberracja, skończoną wartość prędkości propagacji światła i wykorzystał ją do określenia tej prędkości.
Znając kąt α a prędkość orbity Ziemi v, można określić prędkość światła c.
Uzyskał wartość prędkości światła równą 308 000 km/s.
Należy zauważyć, że aberracja światła jest związana ze zmianą kierunku prędkości Ziemi w ciągu roku. Za pomocą aberracji nie da się wykryć stałej prędkości, bez względu na jej wielkość, ponieważ przy takim ruchu kierunek do gwiazdy pozostaje niezmieniony i nie ma możliwości oceny obecności tej prędkości i kąta jej ustawienia z kierunkiem do gwiazdy. Aberracja światła pozwala nam jedynie oceniać zmianę prędkości Ziemi.
W 1849 r. A. Fizeau jako pierwszy określił prędkość światła w warunkach laboratoryjnych. Jego metoda została nazwana metodą koła zębatego. Cechą charakterystyczną jego metody jest automatyczna rejestracja momentów startu i powrotu sygnału, realizowana poprzez regularne przerywanie strumienia świetlnego (koło zębate).
Rys 3. Schemat eksperymentu wyznaczania prędkości światła metodą koła zębatego.
Światło ze źródła przeszło przez wyłącznik (zęby obracającego się koła) i odbite od lusterka wróciło ponownie do koła zębatego. Znając odległość między kołem a lustrem, liczbę zębów koła, prędkość obrotową, możesz obliczyć prędkość światła.
Znając odległość D, liczbę zębów z, prędkość kątowa obrotu (liczba obrotów na sekundę)v, można określić prędkość światła. Uzyskał to równe 313 000 km/s.
Opracowano wiele metod w celu dalszej poprawy dokładności pomiarów. Wkrótce konieczne stało się nawet uwzględnienie współczynnika załamania światła w powietrzu. I wkrótce w 1958 roku Froome uzyskał prędkość światła równą 299792,5 km/s, używając interferometru mikrofalowego i przesłony elektrooptycznej (komórka Kerra).
