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大唐网址,通俗的说一说:经典的测光速方法
发表于:2020-01-11 18:47:38

大唐网址,通俗的说一说:经典的测光速方法

大唐网址,悟空问答上有人问:光速是如何测出来的?

有人回答:在你对面找个人,你拿根手电筒和一个秒表,对方拿根手电筒,你一按开关,对方看到亮光时,立即按开关,当你看到对方的亮光时,立即掐表,然后用距离的两倍除以秒表的时间,就得出了光速。

你别笑,历史上还真有人这么测过,还是个大名人,他就叫伽利略!

伽利略测光速

不过,当时他是用马灯来代替手电筒,用手遮光的方法来代替开关。测试是失败的,但伽利略得出一个结论,光速很大!很大!

李永乐老师介绍了迈克尔逊的八棱镜测光速方法,李老师可能把大家都当成清华北大的才子了,说得不是很详细。

我看评论还有很多人不太懂,本人就在此基础上,通俗的解释一下,我想大家应该比较容易明白。

八棱镜测光速的原理

迈克尔逊的测光速原理,也是用最原始的速度定义来计算的。

我们知道,速度等于经过的路程除以时间:v=s/t

从加利略的测试可以看出,光经过的路程是比较容易测量出来的,即使距离较远,当时也是有方法得到非常精确的数字的。

八棱镜测光速的原理是:

当a点的光线照射到八棱镜上时,只有当棱镜与光线的角度恰好是45°时,才能平直的射向左边远处的反光镜。如果棱镜角度小了或者大了,就会将光线反射到其它地方,就是上图的下面两格小图所示,这样光线就没办法照射到左边远处的反射镜。

这样,从八棱镜反射出来到远处反射镜的光线就是不连续的光点(我们把这段反射光当成是一颗子弹),每两段光点之间的时间间隔就是棱镜转过1/8周的时间。如果我们能测试出两个光点之间的距离,也可以测试出光速,但是,这实在是太小了。

当八棱镜反射的光点a以正确的角度出去,到了左边反射镜,两块反射镜把光点a又反射回来。

光点a回到八棱镜的时候,如果八棱镜的角度不正确,光点a也会和上面一样,被八棱镜反射到其它地方,而不能正确的射入b点的观测眼中。

这样,只有当光点a从八棱镜反射出来,再回到八棱镜的时间恰好是八棱镜转了1/8周,也即只转了一个镜面时,光点a才能在b点被观测到。同样的道理,光点a下一个光点,也只有棱镜转过一个面才能看到。

好了,迈克尔孙就用尝试的方法,让八棱镜的旋转速度从0慢慢提高,当八棱镜的速度达到某个值时,刚好可以从b点看到亮光。如果速度高一点或低一点都看不到的时候,这个八棱镜的转速就是正确的了。(实际上可以看到亮光的转速是这个最低转速的整数倍,这个大家可以脑补一下。)

八棱镜的转速可以很方便的测量出来,转速ω我们用每秒多少周(ω)来表示,那么,八棱镜转一周的时间就是1/ω。

八棱镜到反射镜的距离l,因为l远远大于左边两块镜子的距离和八棱镜的直径,忽略这些距离,可以认为光点a从a到b的距离是2l,而跑过的时间是棱镜1/8周的时间,也即是1/8ω。因此,s=2l,t=1/8ω,那么光速就是v=s/t=2l/(1/8ω)=16lω。

据说当时迈克尔逊测光速时在两座相离约35公里的山头上测的,八棱镜的转速达到528转/秒时,可以看到亮光,他计算出的光速为:299,796±4km/s。

好了,不知道这样说,你能看懂吗?

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