Experimentul Michelson. Independenţa vitezei luminii de sistemul de referinţă.
Tag-uri
Partajeaza in Google Classroom
Transcript
în cea de a doua Lecție despre
teoria relativității restrânse
am discutat despre experimentul
michelson în lecția trecută am
prezentat principiul relativității
clasice și în final am discutat
despre legătura lui cu electromagnetice
să recapitulăm foarte pe scurt
acele idei și anume principiul
relativității clasice se bazează
pe conceptele de spațiu și timp
absolut și Independent care înseamnă
concret faptul că distanțele și
duratele temporale sunt in variante
adică nu se schimbă la transformările
Galilei adică la schimbarea sistemului
de referință inerțial față de care
se măsoară acele distanțe sau durate
temporale mai mult legile mecanicii
clasice sunt aceleași deci sunt
invariante la schimbarea sistemului
de referință inerțial aceasta însemna
pur și simplu că forța de tip newtonian
adică masa ori accelerația este
egală sau este în variantă la schimbarea
sistemului de referință inerțial
totuși am în am încheiat lecția
spunând că există excepții notabile
în particular acest acest principiu
are Art relativității clasice nu
se aplică fenomenelor disipative
dar și mai important fenomenelor
electromagnetice aceasta deoarece
forța Spre exemplu ce acționează
asupra unei sarcini electrice intru
în câmp magnetic este proporțională
cu viteza și nu cu accelerația
nu este o forță tipică sau standard
de tip forță Newton masori accelerație
și după cum am văzut viteza este
variabilă nu este in variantă la
schimbarea sistemului de referință
inerțial în concluzie electromagnetismul
depinde de sistemul de referință
ale și variază în transformările
Galilei mai mult decât atât ca
și comentariu am uitat să spun
forțe electromagnetice sunt și
konservative pe când cele descriptive
nu aceasta înseamnă că forțele
Ektro magnetice depind de starea
inițială și starea finală nu de
procesul prin care trec deci este
foarte dificil de acomodat această
variantă a electromagnetismului
cu sistemul de referință mai mult
decât atât o serie de experimente
cu unde electromagnetice adică
cu lumină în particular au indicat
contradicții profunde cu relativitatea
clasică cel mai cunoscut fiind
experimentul michelson pe care
vom discuta în această lecție în
concluzie undeva pe la pe la anii
1950 Store ani fizică am Iar am
o stare de criză profundă pentru
că la vremea respectivă existau
două domenii mari ale fizicii și
anume mecanica clasică det plutonian
și electromagnetismul în particular
la vremea respectivă Optica Deci
proprietățile lumii lumea științifică
oamenii de știință considerau la
vremea respectivă datorită succesului
foarte mare al mecanicii clasice
că aceasta este teoria finală cea
mai bună teorie cea mai completă
cunoașterea Universului putând
fi obținute obținute pe baza legilor
lui Newton și a dezvoltărilor ulterioare
ale mecanicii clasice și considerau
că această neconcordanță această
contradicție ale electromagnetismului
sau în particular la vremea respectivă
a Proprietăților luminii cu mecanica
clasică este un defect al teorie
iluminat teorie electromagnetismului
de la vremea respectivă care trebuie
corectat în concluzie toată lumea
la vremea respectivă încerca să
încadreze electromagnetismul în
fizica Classic modalitatea cea
mai simplă eram de a considera
undele de lumină și unde mecanice
elastice transversale de undă tipică
mecanică care se propagă prințul
anumit mediu pe care îl au numit
eterul Universal aceasta deoarece
orice unda mecanică pentru a se
putea propaga are nevoie de un
mediu de propagare Spre exemplu
undele sonore se propagă prin aer
sau alte medii și așa mai departe
deci pur și simplu aceasta era
o încercare Da forța electromagnetismul
să fie în concordanță cu mecanica
clasică în particular practic electromagnetismul
la vremea respectivă era lumină
însemna lumină și proprietățile
ei optice și Deci explicarea proprietăților
lumini pentru un formalist mâncarea
era un de mecanică propagând se
printru mediu ce nu se observa
se încă dar nu era convinsă că
există acest eater eterul trebuia
în mediu elastic pentru ca unde
le de lumină să aibă la bază oscilatorii
armonice să fie imobil și să ocupi
tot universul sau aproape tot universul
pentru a permite propagarea luminii
în tot volumul Univers michelson
și a propus să stabilească experimental
odată pentru totdeauna acest această
existență ai tirului și vantur
să își măsoare câteva proprietăți
ca de exemplu viteza relativă de
deplasare a pământului față de
acest eter Universal pentru că
era convins ca și ceilalți oameni
de știință de existența acestui
eter voi trece mai de la concluzie
și apoi voi face voi discuta despre
experimentul michelson experimentul
michelson a fost un eșec un eșec
răsunător în sensul că deși michelson
a încercat timp de mulți ani de
zile în colaborare cu mulți alți
oameni de știință și în varii dispozitive
experimentale să stabilim thorax
istent aerului și să măsoare câteva
din proprietățile lui nu a reușit
nimic deci a fost un eșec clar
care a fost extrem de pozitiv pentru
lumea fizicii pentru că aceasta
a permis lui Einstein după cum
vă vedea lecțiile viitoare să se
îndepărteze complet în descrierea
undelor electromagnetice de mecanica
clasică și să introduc o nouă teorie
deci a fost un eșec răsunător care
în final a avut rezultate mai mari
decât Ar fi avut un succes să trecem
la experimentul michelson ideea
de bază este simplă dacă există
aceste tur universalul atunci Pământul
se mișcă în față de aceste tur
în acest setări și față de el cu
anumită viteză relativă a fi și
la fel lumina se va mișca în aceste
tur și față de el cu o viteză relativă
si Deci pentru a reprezenta schematic
avem pământul o sferă să zicem
simplu care se mișcă în jurul soarelui
pe o traiectorie cu viteza V de
a lungul aproximativ de a lungul
ecuatorului eterul fiind un mediu
neobservat experimental la ora
respectivă la vremea respectivă
dar toată lumea era convins că
există și V este viteza de deplasare
a pământului față de ta Să considerăm
că undeva pe pământ avem o sursă
de lumină și că trimitem o rază
de lumină de a lungul ecuatorului
dea lungul lui V Deci lumina atunci
va avea viteza si față de eter
De ce este viteza luminii față
de a și în cazul în care trimitem
rază de lumină paralel cu v atunci
conform legii compunerea vitezelor
compunerii vitezelor din transformarea
Galilei viteza luminii în sensului
V relativ la pământ de ce unul
este viteza luminii relativ la
pământ ce este relativ lider va
fi egal cu c minus b la fel dacă
trimitem o rază de lumină cu aceeași
viteză Ce față de eter dar în sens
opus lui V paralel dar opus atunci
viteza de propagare gara luminii
față de Pământ Si 2 va fi si plus
le și în final dacă trimitem aceeași
rază de lumină cu viteza C față
de A dar perpendicular pe V atunci
viteza luminii față de Pământ în
dispozitivul în care lumina este
trimisă ortogonal TV perpendicular
pe V va fi C3 egal cu radical din
c pătrat minus de pătrat pur și
simplu din teorema pitagorei pentru
acest unghi drept interferometrul
michelson a încercat să măsoare
interferența produsă de lumină
trimisă în varii direcții după
cum am discutat deci el este cuprins
in a o sursă de lumină notată cu
s Care este monocromatică de ce
are o frecvență bine stabilită
Ia trimite o rază de lumină în
dispozitiv Ce conține două grinzi
perpendiculare o1 Și O2 Deci unghiul
dintre planele celor două grinzi
este de 90 de grade și în mijlocul
dispozitivul experimental se află
această lama transparentă de asemeni
avem o un dispozitiv de observare
A frazelor deci d este un dispozitiv
care permite formarea observarea
și măsurarea fragilor de interferență
partea cea mai importantă a dispozitivului
este lama semitransparentă deci
el este o mama care permite în
parte reflexia luminii incidente
și în parte transmisia luminii
incidente Deci nu refracția si
transmisia pe aceeași direcție
după cum se vede în aceste raze
desenate schematic în desenul nostru
această lama era poziționată Simetric
de ce aici avem un unghi de 45
de grade și era poziționată Simetric
față de cele două grinzi oo1 notată
cu el era egal cu CO2 și atunci
avem următoarele raze ce ajung
în dispozitivul de observare interferențe
Deci obținem 1 EUR flexie pe lama
care se reflectă la rândul e pe
1 și apoi este transmisă prin lama
Și ajunge în cea de a doua unda
sau rază de lumină este transmisă
de lama se reflectă pe o doi se
întoarce și se reflectă din nou
pe lama ajungând în dispozitivul
de interferență există o lentilă
convergentă ce permite observarea
flanșelor de interferență dispozitivul
se poate roti in jurul ei si trece
prin centrul O De ce există un
expert Andy cular Pe ecranul calculatorului
dumneavoastră și toate dispozitivul
Care este fix Deci tot Acest dispozitiv
este fix și se poate roti in jurul
acestui ax ce trece prin O și atunci
se rotește dispozitivul în următoarea
configurație inițială cu axul so2
paralel cu Direcția de mișcare
a pământului Deci avem so2 dar
lungul lui b Care este viteza de
deplasare a pământului relativ
la eter și atunci după cum am discutat
această rază se va deplasa cu viteza
si unul față de Pământ Deci viteza
luminii față de Pământ va fi C1
în raza oo2 raza o2o va avea viteza
Si 2 razele o1 și o 1-o sunt razele
perpendiculare pe vie de chin acest
dispozitiv sau în această configurația
dispozitivul experimental este
în această în acest sens razele
o1 și o 1-o au aceeași viteză C3
si a perpendiculară pe vei și atunci
putem calcula următorii timpi timpul
de în care raza parcurge distanța
ouă 2 pe care notăm cu T1 va fi
egal cu el împărțit la 1 plus el
împărțit la c 2-a și timpul total
Și de ce va fi egal cu el împărțit
la c minus plus împărțit la c plus
b calculând T1 va fi 2 L ce împărțit
la c pătrat minus de pătrat timpul
de parcurgere a celelalte ramuri
a experimentului adică oo1 notat
cu T2 va fi de două ori timpul
de parcurgere pe o direcție deci
de două de două ori el împărțit
la centre deștept 2 va fi 2 L împărțit
la radical din ce pătrat minus
b pătrat dar această diferență
temporală acest decalaj temporar
după cum bine știm între două raze
de lumină de naștere la un defazaj
am discutat îndelung această faptă
în în lecțiile de interferență
a obține un defazaj între cele
două unde se ajungând dispozitivul
de măsurare a frazelor care va
da naștere unei figuri de interferență
cu franjuri luminoase și întunecat
mai mult decât atât dacă schimbăm
rotim cu 90 de grade dispozitivul
astfel încât axa perpendiculară
cu veste de vină paralel cu v și
invers cea care a fost paralelă
cu veste de vine perpendiculară
deci pur și simplu inversăm cei
doi timpi Deci Delta t în care
o1 este paralel cu v va fi egal
cu minus Delta te în care O2 a
fost paralel cu v și în acest caz
ce ar trebui să se observă prin
rotirea cu 90 de grade în jurul
axului ce trece prin centrul dispozitivului
ar trebui să observi o deplasarea
francilor corespunzătoare aceste
schimbări a decalajului temporar
această deplasare a frazelor ar
trebui să fie egală cu diferența
dintre decalajele temporale Deci
Delta t între cele două dar cele
două sunt egale de semn opus Deci
Delta t prin care duce la acea
deplasarea fragi de două ori de
el tate de ce obținem un Delta
D prim care este de două ori te
1 minus T2 care ar trebui să ducă
la un Delta fie prim o de fond
faza între cele două în din părți
la doi pini care ar trebui să fie
observabil și măsurabil în dispozitivul
de interferență deci pur și simplu
ca să scriu ecuația finală te 1
Deci 2 l c împărțit la c pătrat
minus b pătrat minus 2 care este
2L împărțit la radical din ce pătrat
minus b pătrat este egal cu acest
Delta fii prim împărțit la patru
fii Delta și prin poate fi calculat
sau măsura din dispozitivul de
interferență de măsurarea interferenței
de nu este frecvența cunoscută
A sursei deci ar trebui să observăm
această deplasare a francilor so
măsurăm și din iasă extragem viteza
V Cunoscând el și ce viteza avea
pământului față de eter nu mai
scriu o nu am mai scris această
ecuație pentru că de fapt rezultatul
șocantă a fost că nu se observă
nici unde faza Deci nu se observă
o deplasarea francilor la rotirea
dispozitivului și în concluzie
întregul experiment este un eșec
nu se poate măsura un o viteză
V a pământului față de eter Cum
Cluj iile sunt Care sunt obligatorii
din acest xperiment sunt următoarele
unul la mână supozitia noastră
bazată pe transformările galileii
că viteza luminii față de Pământ
este diferită în funcție de orientare
a razei de lumină este greșit Nu
avem o diferență între c1 c2 și
C3 ele sunt egale și Deci viteza
de propagare a luminii este independentă
de poziția în sistemul de referință
De ce se independentă de sistemul
de referință viteza luminii este
o constantă independentă de mișcare
sistemului de referință în care
am făcut măsurătoarea ceea ce este
contrar ideilor fundamentale din
transformarea Galilei și Deci din
mecanica clasică mai mult aceasta
acest experiment implică că v trebuie
să fie egal cu 0 adică nu există
aceste Tea nu există acest mediu
special de propagare a lui
Experimentul Michelson.Ascunde teorie X
Navigare în lectii
Cumpara abonament
