Ο τροχός και το φως

Σε ένα πείραμα, με σκοπό τη μέτρηση της ταχύτητας του φωτός, μια ακτίνα laser πέφτει πάνω σε έναν καθρέφτη Κ₁ με γωνία 45⁰, ο οποίος την κατευθύνει προς έναν περιστρεφόμενο οδοντωτό τροχό, όπως φαίνεται στο σχήμα. Ο τροχός έχει 8 διάκενα. Η δέσμη περνάει μέσα από ένα διάκενο, ταξιδεύει μέχρι να χτυπήσει σε έναν δεύτερο επίπεδο καθρέφτη Κ₂, που βρίσκεται σε απόσταση d = 9km, ανακλάται και επιστρέφει. Για συγκεκριμένη ταχύτητα περιστροφής του τροχού, η ανακλώμενη δέσμη μπορεί να περάσει ξανά μέσα από ένα διάκενο στον τροχό και να γίνει ορατή από έναν παρατηρητή. Ο καθρέφτης Κ₁ είναι μερικώς επαργυρωμένος, επιτρέποντας στο φως να περάσει ξανά μέσα από αυτόν (ημιπερατό κάτοπτρο).

*Σημειώστε ότι στο αρχικό πείραμα που έκανε το 1849 ο Γάλλος φυσικός Hippolyte Fizeau, για τη μέτρηση της ταχύτητας του φωτός στον αέρα, χρησιμοποίησε έναν οδοντωτό τροχό με 720 διάκενα.

α) Αν διατηρήσουμε σταθερό ρυθμό περιστροφής του τροχού ώστε το φως αφού ταξιδέψει προς τον καθρέφτη Κ₂ να επιστρέψει μέσα από το ίδιο διάκενο, από το οποίο βγήκε (ο τροχός κάνει πλήρη περιστροφή), η περίοδος περιστροφής του τροχού πρέπει να είναι Τ₁ = 60μs. Ποια είναι η ταχύτητα του φωτός;

β) Πόσο γρήγορα πρέπει να περιστρέφεται ο τροχός ανά λεπτό, έτσι ώστε το φως να βγει από ένα διάκενο, να ανακλαστεί στον καθρέφτη, και μετά να επιστρέψει περνώντας από το αμέσως επόμενο διάκενο στον τροχό;

γ) Γιατί να χρειαστούμε αυτή την πολύπλοκη πειραματική διάταξη; Ένας προσεκτικός παρατηρητής με ηλεκτρονικό χρονόμετρο ακριβείας δε μπορούσε να κάνει τη μέτρηση;

Συνέχεια 

Συνέχεια