P5.6.1 Pomiar metodą Foucaulta/Michelsona – Leybold

Opis

Pomiar prędkości światła za pomocą metody obrotowych luster  wykorzystuje pojęcie przez L. Foucault w 1850 i udoskonalone przez A. A. Michelsona w 1878. W odmianie wykorzystanej tutaj, wiązka lasera jest odchylana w końcowe stałe lustro znajdujące się obok źródła światła przez obrotowe lustro ustawione w odległości a =12.1 m.

Lustro końcowe odbija światło tak, że powraca ono wzdłuż tej samej drogi gdy lustro obrotowe jest w stanie spoczynku. Część światła powrotnego jest obrazowana na skali za pomocą dzielnika wiązki. Soczewka z f = 5 m obrazuje źródło światła na końcowym lustrze i skupia obraz źródła światła z lustra na skali. Główna wiązka pomiędzy soczewką i lustrem końcowym jest równoległa do osi soczewki jako, że lustro obrotowe jest ustawione w ognisku soczewki.

Gdy lustro obrotowe obracane jest z dużą częstotliwością n, obserwowane jest przesunięcie Dx obrazu na skali. W okresie

Δt =2a

c

który światło wymaga do dotarcia do lustra obrotowego i z powrotem do lustr końcowego, lustro obrotowe obraca się o kąt

Δa = 2pv · Δt

Zatem, przesunięcie obrazu

Δx = 2Δa · a

Prędkość światła może być następnie obliczona jako

c = 8p · a² ·v

Δx

Aby wyznaczyć prędkość światła wystarczy zmierzyć przesunięcie obrazu przy maksymalnej prędkości lustra, która jest znana (P5.6.1.2).

Pomiar przesunięcia obrazu w funkcji prędkości dostarcza dokładniejsze wyniki (P5.6.1.1).