X بستن تبلیغات
X بستن تبلیغات
header
متن مورد نظر

سرعت نور واندازه گیری سرعت نور

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

اولین کسی که برای محاسبه ی سرعت نور اقدام کرد، گالیله بود. وی به اتفاق همکارش برای اندازه گیری سرعت نور اقدام کردند. روش کار به این طریق بود که همکار گالیله بالای تپه ای ایستاده بود و گالیله بالای تپه ای دیگر. هر دو با خود فانوسی داشتند که روی آن را پوشانده بودند. دستیار وی به مجرد آنکه نور فانوس گالیله را می دید، با برداشتن پرده از روی فانوس خود، به گالیله علامت می داد. گالیله این آزمایش را با فواصل بیشتر و بیشتر تکرار کرد، اما نتوانست اختلاف زمانی بین برداشتن پرده از روی فانوس خود و دستیارش به دست آورد و سرانجام گفت که سرعت نور خیلی زیاد است.

 

سرعت نور واندازه گیری سرعت نور

مقدار سرعت نور:

نور بیشترین سرعت خود رادر خلا دارد که حدودا۳۰۰۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه می باشد مقدار سرعت نور در محیط مادی غیر خلا کمتر ازمقدارش در خلا است.
با حل معادلات ماکسول و رسیدن به معادله بنیادی موج مقدار سرعت نور بر حسب گذردهی الکتریکی خلا وتراوایی مغناطیسی خلا بر طبق زابطه سرعت امواج الکترومغناطیسی ماکسول داده می شود.
اندازه گیری سرعت نور:

یکی از دقیقترین اندازه گیری های الکتریکی کمیت گذردهی الکتریکی در تراوایی مغناطیسی است که در مؤسسه ملی استاندارد ها در آمریکاه بوسیله رزا (Roza) و درسی(Dorsey) انجام شد.
نحوه اندازه گیری سرعت نور توسط رزا(Roza):

ایشان ظرفیت خازنی را که ابعاد فیزیکی آن دقیقا معلوم بود را از طریق محاسبه یافت. این ظرفیت در یکای الکتریسیته بدست آمد سپس با استفاده از پل و تستون ، ظرفیت همان خازن را در یکای الکترو مغناطیس یافت نسبت این دو مقدارظرفیت در یکای SI بصورت حاصلضرب گذردهی الکتریکی در تراوایی مغناطیسی داده شد نتیجه این اندازه گیری بسیار دقیق بود.
تاریخ اولین اندازه گیری سرعت نور:

رومر(Romer) اولین کسی بود که در سال ۱۶۷۶ با مطالعه گرفتگی ماه های بر جیس سرعت نور را اندازه گرفت پژوهشگران متعددی بطور مستقیم
سرعت انتشار نور را اندازه گرفته اند.نتایج این اندازه گیری ها با دخالت خطای آزمایش جواب واحدی را دنبال می کنند .
اینکه نور یک نوع آشفتگی الکترو مغناطیسی است غیر قابل انکاراست دقیق ترین اندازه گیری سرعت نور که آنرا با حرف اختصاری C در خلا نشان می دهند با استفاده از لیزر (Laser)بوده که در سال ۱۹۷۲ بوسیله اوانسون(Evanson) و همکارن او در مؤسسه ملی استاندارد انجام شده و نتیجه آن چنین است: (۲۹۹۷۹۲۴۵۶۹۲ متر بر ثانیه)
اندازه گیری سرعت نور به روش های مختلف در زمانهای متفاوت در جدول زیر آمده است.

تاریخ—————-آزمایش کننده—————-روش ———————نتیجه(km/s)

۱۸۴۹—————فیزو (Fizeau)—————–چرخ دندانه دار————— (۵۰۰۰) ۳۱۳۰۰

۱۸۸۰—————مایکلسون (Micelson)———-آینه چرخان——————-(۲۰۰) ۲۹۹۹۱۰

۱۹۲۳ ————–مرسیه (Mercier) ————موج رادیویی—————–(۳۰) ۲۹۹۷۸۲

۱۹۵۲ —————فروم (Froom) —————تداخل سنج میکروموجی———(۰٫۷) ۲۹۹۷۹٫۶

۱۹۰۷ ————–رزا و درسی (.R.& D)———نسبت یکاهای الکتریکی——–(۱۰) ۲۹۹۷۸۴

)اعداد داخل پرانتز در نتیجه ، میزان خطای اندازه گیری را نشان می دهد.(

اولین کسی که برای محاسبه ی سرعت نور اقدام کرد، گالیله بود. وی به اتفاق همکارش برای اندازه گیری سرعت نور اقدام کردند. روش کار به این طریق بود که همکار گالیله بالای تپه ای ایستاده بود و گالیله بالای تپه ای دیگر. هر دو با خود فانوسی داشتند که روی آن را پوشانده بودند. دستیار وی به مجرد آنکه نور فانوس گالیله را می دید، با برداشتن پرده از روی فانوس خود، به گالیله علامت می داد. گالیله این آزمایش را با فواصل بیشتر و بیشتر تکرار کرد، اما نتوانست اختلاف زمانی بین برداشتن پرده از روی فانوس خود و دستیارش به دست آورد و سرانجام گفت که سرعت نور خیلی زیاد است.

نخستین بار سرعت نور در سال ۱۶۷۶ توسط رومر (Romer) با استفاده از ماه گرفتگی محاسبه شد و معلوم گشت که سرعت نور نیز محدود است. عددی را که رومر به دست آورد ۲۱۵ هزار کیلومتر بر ثانیه بود. این عدد آنقدر بزرگ بود که معاصران وی آن را باور نمی کردنددر سال ۱۷۲۶ برادلی با استفاده از تغییر وضعیت ستارگان نسبت به زمین سرعت نور را محاسبه کرد و عدد سیصد هزار کیلومتر بر ثانیه را به دست آورد.

نخستین بار فیزیو با ستفاده از روش غیر نجومی و اصلاح روش گالیله سرعت نور را اندازه گیری کرد و مقدار آن را سیصد و سیزده هزار کیلومتر بر ثانیه به دست آورد. بتدریج همراه با پیشرفت وسائل، اندازه گیری های زیادی انجام شد و امروزه مقدار سیصد هزار کیلومتر بر ثانیه پذیرفته شده است.

در زمان فرنل این سئوال مطرح بود که آیا حرکت زمین در میان اتر موجب ایجاد اختلافی قابل مشاهده بین نور چشمه ی زمینی و چشمه های فرازمینی می شود یا نه؟ آراگو به طور تجربی دست به آزمایش زد و دریافت که هیچگونه اختلافت قابل مشاهده ای در این زمینه وجود ندارد. رفتار نور چنان بود که گویی زمین نسبت به اتر بی حرکت است.

فرنل برای توضیح آن اظهار داشت که نور هنگام عبور از یک ماده ی شفاف متحرک کشیده می شود و رابطه زیر را ارائه داد.

 

 که در آن v=c/n  سرعت نور در یک محیط غلیظ مثلاً آب است و  vw سرعت آب و جمله ی بعدی به دلیل حرکت آب نسبی بوجود می آید.

در هر محیط مادی سرعت نور و طول موج آن مقدارشان از مقدار خلا کمتر است کمیتی که در هر محیطی ثابت می ماند فرکانس نور هست و فرکانس نور با طول موجش نسبت عکس دارد.

 (V=FL)

 که در آن F  معرف فرکانس و  L  معرف طول موج و V معرف سرعت نور در محیط مادی می باشد.

در اپتیک خواص محیط در یک طول امواج را می توان توسط یک پارامتر یعنی نسبت سرعت نور در خلا به سرعت نور در محیط توصیف نماییم. این پارامتر (n=c/v) ضریب شکست نام دارد.  بنابر این در یک محیط مادی داریم (V=F L )   که در این رابطه n ضریب شکست تنها کمیتی است که برای محاسبه رفتار نور در محیط مورد نیاز هست.

اینکه نور یک نوع آشفتگی الکترو مغناطیسی است، غیر قابل انکاراست. با حل معادلات ماکسول و رسیدن به معادله بنیادی موج مقدار سرعت نور بر حسب گذردهی الکتریکی خلا وتراوایی مغناطیسی خلا بر طبق رابطه سرعت امواج الکترومغناطیسی ماکسول داده می شود.

اگر نور از یک محیط به محیط دیگری وارد شود، سرعت آن برای طول موجهای مختلف متفاوت خواهد بود. بر این اساس در مورد هر محیطی کمیتی به نام ضریب شکست تعریف می‌‌کنند. ضریب شکست یک محیط به فرکانس نور بستگی دارد و این ویژگی برای تمام محیطهای نوری صادق است. تغییرات ضریب شکست با فرکانس را پاشندگی یا پاشیدگی نور می‌‌گویند.

دقیق ترین اندازه گیری سرعت نور که آنرا با حرف اختصاری c در خلا نشان می دهند، با استفاده از لیزر (Laser) در سال ۱۹۷۲ بوسیله اوانسون (Evanson) و همکارن او در مؤسسه ملی استاندارد انجام شده و مقدار  29979245693 متر بر ثانیه به دست آمد. اندازه گیری سرعت نور به روش های مختلف در زمانهای متفاوت در جدول زیر آمده است.

محاسبه سرعت نور

تاریخ

آزمایش کننده

روش

نتیجه(km/s)

 

۱۶۷۶

۱۷۲۶

رومر

 برادلی

ماه گرفتگی

تغییر وضعیت ستارگان

۲۱۵۰۰۰

۳۰۰۰۰۰

 

۱۸۴۹

۱۸۸۰

 فیزو

مایکلسون

چرخ دندانه دار

آینه چرخان

۳۱۳۰۰۰

۲۹۹۹۱۰

 

۱۹۰۷

رزا و درسی

نسبت یکاهای الکتریکی

۲۹۹۷۸۴

 

۱۹۲۲

مرسیه

موج رادیویی

۲۹۹۷۸۲

 

۱۹۵۲

۱۹۷۲

فروم

اوانسون

تداخل سنج میکروموجی

Laser

 299796

۲۹۹۷۹۲

 

منبع :پدیدا بزرگترین مرجع علمی ایرانیان

ارسال نظر