II.5 Prędkość światła jako prędkość graniczna



Podobne dokumenty
14P2 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - II POZIOM PODSTAWOWY

Ć W I C Z E N I E N R O-10

LVI OLIMPIADA FIZYCZNA 2006/2007 Zawody II stopnia

Fizyka współczesna. Koniec XIX w. kompletna fizyka, za wyjątkiem paru drobiazgów :

Wyznaczanie współczynnika sprężystości sprężyn i ich układów

Soczewkowanie grawitacyjne 3

I B. EFEKT FOTOWOLTAICZNY. BATERIA SŁONECZNA

2.Prawo zachowania masy

KONKURS PRZEDMIOTOWY Z FIZYKI dla uczniów gimnazjów województwa lubuskiego 23 marca 2012 r. zawody III stopnia (finałowe)

40. Międzynarodowa Olimpiada Fizyczna Meksyk, lipca 2009 r. ZADANIE TEORETYCZNE 2 CHŁODZENIE LASEROWE I MELASA OPTYCZNA

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Saturn planeta z uszami

Standardowe tolerancje wymiarowe

ZASTOSOWANIE LASERÓW W METROLOGII. - miernictwo, nauka o pomiarach. Obejmuje wszystkie teoretyczne i praktyczne problemy zwi zane z pomiarami.

tel/fax lub NIP Regon

Tester pilotów 315/433/868 MHz MHz

Transport Mechaniczny i Pneumatyczny Materiałów Rozdrobnionych. Ćwiczenie 2 Podstawy obliczeń przenośników taśmowych

INSTRUKCJA OBSŁUGI WD2250A. WATOMIERZ 0.3W-2250W firmy MCP

Tester pilotów 315/433/868 MHz

TESTER LX 9024 (SYSTEM ALARMOWY IMPULSOWY) INSTRUKCJA OBSŁUGI

Wyznaczenie sprawności grzejnika elektrycznego i ciepła właściwego cieczy za pomocą kalorymetru z grzejnikiem elektrycznym

Ć W I C Z E N I E 5. Częstotliwość graniczna

UKŁAD ROZRUCHU SILNIKÓW SPALINOWYCH

Od redakcji. Symbolem oznaczono zadania wykraczające poza zakres materiału omówionego w podręczniku Fizyka z plusem cz. 2.

Metrologia cieplna i przepływowa

wiat o mo e by rozumiane jako strumie fotonów albo jako fala elektromagnetyczna. Najprostszym przypadkiem fali elektromagnetycznej jest fala p aska

WYZNACZANIE PRZYSPIESZENIA ZIEMSKIEGO ZA POMOCĄ WAHADŁA REWERSYJNEGO I MATEMATYCZNEGO

Ćwiczenie: "Ruch harmoniczny i fale"

OZNACZANIE CZASU POŁOWICZNEGO ROZPADU DLA NATURALNEGO NUKLIDU 40 K

Spektroskopia UV-VIS zagadnienia

Matematyka ubezpieczeń majątkowych r.

LABORATORIUM PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

PODSTAWY METROLOGII ĆWICZENIE 4 PRZETWORNIKI AC/CA Międzywydziałowa Szkoła Inżynierii Biomedycznej 2009/2010 SEMESTR 3

Zadanie 1. Liczba szkód w każdym z trzech kolejnych lat dla pewnego ubezpieczonego ma rozkład równomierny:

Pomiar prędkości dźwięku w metalach

Optyka geometryczna i falowa

LXV OLIMPIADA FIZYCZNA ZAWODY III STOPNIA

Objaśnienia wartości, przyjętych do Projektu Wieloletniej Prognozy Finansowej Gminy Golina na lata

Harmonogramowanie projektów Zarządzanie czasem

Temat: Funkcje. Własności ogólne. A n n a R a j f u r a, M a t e m a t y k a s e m e s t r 1, W S Z i M w S o c h a c z e w i e 1

ostatni dzień miesiąca (yyyy-mm-dd) miejsce zam. - ulica nr miejscowość wypełnienia oświadczenia

LABORATORIUM FOTONIKI

Grupa bezpieczeństwa kotła KSG / KSG mini

Spis zawartości Lp. Str. Zastosowanie Budowa wzmacniacza RS485 Dane techniczne Schemat elektryczny

REJESTRATOR RES800 INSTRUKCJA OBSŁUGI

Ogólna charakterystyka kontraktów terminowych

ANALOGOWE UKŁADY SCALONE

LABORATORIUM TECHNOLOGII NAPRAW WERYFIKACJA TULEJI CYLINDROWYCH SILNIKA SPALINOWEGO

Kod pracy. Po udzieleniu odpowiedzi do zadań 1 20, wypełnij tabelkę

DTR.ZL APLISENS PRODUKCJA PRZETWORNIKÓW CIŚNIENIA I APARATURY POMIAROWEJ INSTRUKCJA OBSŁUGI (DOKUMENTACJA TECHNICZNO-RUCHOWA)

TF-Odnawialne źródła energii-wprowadzenie do ćwiczeń. Gry dydaktyczne- zastosowanie TIK

INSTRUKCJA DLA UCZESTNIKÓW ZAWODÓW ZADANIA

Badania radiograficzne rentgenowskie złączy spawanych o różnych grubościach według PN-EN 1435.

FOTOMETRYCZNE PRAWO ODLEGŁOŚCI (O9)

Wpływ wyników misji Planck na obraz Wszechświata

KLUCZ PUNKTOWANIA ODPOWIEDZI

POMIARY WYMIARÓW ZEWNĘTRZNYCH I WEWNĘTRZNYCH

Kwantowa natura promieniowania elektromagnetycznego

PROCEDURA ROZWIĄZYWANIA PROBLEMÓW Z SYSTEMEM SD-NAVI (wersja 1.00)

Przedmiotowe zasady oceniania. zgodne z Wewnątrzszkolnymi Zasadami Oceniania. obowiązującymi w XLIV Liceum Ogólnokształcącym.

(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) (13) T3 (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Wyznaczanie statycznego i kinetycznego współczynnika tarcia przy pomocy równi pochyłej

D wysokościowych

Katedra Technik Wytwarzania i Automatyzacji TOLERANCJE I POMIARY WALCOWYCH KÓŁ ZĘBATYCH

Badanie silnika asynchronicznego jednofazowego

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII

Pomiar mocy pobieranej przez napędy pamięci zewnętrznych komputera. Piotr Jacoń K-2 I PRACOWNIA FIZYCZNA

Informacje uzyskiwane dzięki spektrometrii mas

SPEKTROSKOPIA LASEROWA

Wypalanie laserowe. Technologia. wersja polska. Wersja: 1. marzec 2004 r.

CYFROWY MIERNIK REZYSTANCJI UZIEMIENIA KRT 1520 INSTRUKCJA OBSŁUGI

WZÓR SKARGI EUROPEJSKI TRYBUNAŁ PRAW CZŁOWIEKA. Rada Europy. Strasburg, Francja SKARGA. na podstawie Artykułu 34 Europejskiej Konwencji Praw Człowieka

Program szkoleniowy Efektywni50+ Moduł III Standardy wymiany danych

Badanie bezszczotkowego silnika prądu stałego z magnesami trwałymi (BLDCM)

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII

SCENARIUSZ ZAJĘĆ SZKOLNEGO KOŁA NAUKOWEGO Z PRZEDMIOTU CHEMIA PROWADZONEGO W RAMACH PROJEKTU AKADEMIA UCZNIOWSKA

Warunki formalne dotyczące udziału w projekcie

jednoeksponencjalny (homogeniczny) wieloeksponencjalny (heterogeniczny) Schemat aparatury do zliczania pojedynczych fotonów skorelowanych czasowo.

Laboratorium z Konwersji Energii. Ogniwo fotowoltaiczne

art. 488 i n. ustawy z dnia 23 kwietnia 1964 r. Kodeks cywilny (Dz. U. Nr 16, poz. 93 ze zm.),

7. OPRACOWYWANIE DANYCH I PROWADZENIE OBLICZEŃ powtórka

PRAWA ZACHOWANIA. Podstawowe terminy. Cia a tworz ce uk ad mechaniczny oddzia ywuj mi dzy sob i z cia ami nie nale cymi do uk adu za pomoc

WYKRYWANIE BŁĘDÓW W UKŁADACH OCHRONY PRZECIWPORAŻENIOWEJ Z WYŁĄCZNIKAMI RÓŻNOCOWO PRĄDOWYMI

Akademickie Centrum Czystej Energii. Fotoogniwo

SPRAWDZIANY Z MATEMATYKI

Podręcznik ćwiczeniowy dla pacjenta

Budowa i ewolucja Wszechświata poziom podstawowy

Statystyczna analiza danych w programie STATISTICA. Dariusz Gozdowski. Katedra Doświadczalnictwa i Bioinformatyki Wydział Rolnictwa i Biologii SGGW

Ć W I C Z E N I E N R C-6

II. Wykaz przyrządów: Defektoskop ultradźwiękowy DI60, głowica do fal podłużnych, głowica do fal poprzecznych, suwmiarka (wypożyczyć w pok.

INSTRUKCJA OBSŁUGI MC-2810 CYFROWY SYSTEM GŁOŚNIKOWY 5.1 KANAŁÓW DO KINA DOMOWEGO

PROFIBUS - zalecenia odnośnie montażu i okablowania instalcji sieciowych Profibus PNO Polska

ST SPECYFIKACJA TECHNICZNA ROBOTY GEODEZYJNE. Specyfikacje techniczne ST Roboty geodezyjne

Bazy danych. Andrzej Łachwa, UJ, /15

Materiały pomocnicze 8 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej

Przetwornik temperatury TxBlock-USB

Urządzenia do bezprzerwowego zasilania UPS CES GX RACK. 10 kva. Wersja U/CES_GXR_10.0/J/v01. Praca równoległa

D ODTWORZENIE TRASY I PUNKTÓW WYSOKOŚCIOWYCH

SERI A 93 S E RI A 93 O FLUSH GRID WITHOUT EDGE TAB

Reguła Życia. spotkanie rejonu C Domowego Kościoła w Chicago JOM

Transkrypt:

II.5 Prędkość światła jako prędkość graniczna Pomiary prędkości światła Doświadczalne dowody na to, że c jest prędkością graniczną we Wszechświecie Od 1983 prędkość światła jest powiązana ze wzorcem metra i czasem 1 sekundy i wynosi (ex definitione): c=299 792 458 m/s. Nie zawsze tak jednak było... Jan Królikowski Fizyka IBC 1

Pomiary prędkości światła Metodę zaproponował Galileusz (1638), ale nie umiał jej zrealizować w praktyce z zadawalającą dokładnością (stwierdził, że c jest bardzo duże próbował określić jej DOLNĄ granicę): Detektor mierzący czas przyjścia impulsu odbitego t 0 L zwierciadło Impulsowe źródło światła Mierzymy t 2L c = t Jan Królikowski Fizyka IBC 2

Układ pomiarowy na wykładzie Soczewka skupiająca Detektor promieniowania Laser impulsowy (500 Hz) Płytka półprzepuszczająca i zwierciadło Jan Królikowski Fizyka IBC 3

Wyniki- za pomocą oscyloskopu cyfrowego (2004) Średnia z kilkudziesięciu pomiarów Pojedyńczy pomiar Jan Królikowski Fizyka IBC 4

Historia pomiarów c Fascynująca historia pomiarów c oraz różne metody doświadczalne opisane są szczegółowo w podręczniku profesorów Wróblewskiego i Zakrzewskiego, t.1, Rozdz. II. Tutaj omówimy tylko niektóre wybrane fakty. Jan Królikowski Fizyka IBC 5

Historia pomiarów c Niektóre ważne metody i wyniki Rok Przez kogo? Metoda Wynik [m/s] 1676 Roemer Astronomiczna: zaćmienia Io 214 000 000 (~30%) 1727 Bradley 1849 Fizeau Astronomiczna:aberracja światła Lab.: Modulacja wiązki światła kołem zębatym. Baza pomiaru 8633 m. 301 000 000 (~10%) 315 000 000 (duży błąd systematyczny) 1902 Perrotin jw. 299 880 000 (84 000) 1850 1862 Foucault (Arago) Lab.: modulacja wiązki światła metodą wirującego zwierciadła 298 000 000 (500 000) 1878 1926 Michelson Jw.,ostatnio na bazie 35 km w powietrzu jw., w próżni na bazie 1.6 km 299 796 000 (4 000) 299 774 000 (11 000) 1929 1969 Karolus & Mittelstaedt/ inni Lab.: modulacja światła komórką Kerra, modulacja czułości detektora 1927: 299 784 000 (20 000) 1962: 299 792 500 (50) Jan Królikowski Fizyka IBC 6

Dokładność pomiarów c Jan Królikowski Fizyka IBC 7

Prędkość światła nie zależy od częstości (energii) fotonów. Przykładowe wyniki pomiarów z różnych doświadczeń: r. akad. 2005/ 2006 Fotony są cząstkami o zerowej masie Jan Królikowski Fizyka IBC 8

Prędkość światła nie zależy od kierunku we Wszechświecie r. akad. 2005/ 2006 Dokładne pomiary interferometryczne (ulepszony interferometr Michelsona) pokazały, że c jest jednakowe we wszystkich kierunkach w przestrzeni z dokładnością do ok. 30 m/s! c=const Prędkość światła wysyłanego przez poruszające się źródła (np. kwanty gamma z rozpadów w locie π 0 o prędkości 0.99975c) zgadza się z c z dokładnością 50 m/s. Jan Królikowski Fizyka IBC 9

Pomiary Roemera 1676 Pierwszą skończoną wartość wyznaczył astronom Roemer w 1676 obserwując roczne zmiany okresu zaćmień Io księżyca Jowisza. Orbita Ziemi Orbita Jowisza Cień rzucany przez Jowisza C A Orbita Io dookoła Jowisza Jan Królikowski Fizyka IBC 10

Pomiary Roemera Okres obiegu Io dookoła Jowisza można dokładnie wyznaczyć obserwując jej zaćmienia: T 0 =42 h 28 m,5. W porównaniu do pomiarów T 0 w A, w punkcie C czas pomiędzy zaćmieniami będzie dłuższy o czas przelotu światła przez średnicę orbity Ziemi, której zmierzona w czasach Roemera wartość wynosiła ok. 282 10 6 km. Ta różnica czasów wynosiła, zdaniem Roemera ~22 minuty (obecnie zmierzono 16 m 38 s,8). Roemer otrzymał Obecnie dostalibyśmy c 6 282 10 km = 22 60s 214 000 km/s 6 292.2 10 km c = 299860(100) km/s 997.8 s Jan Królikowski Fizyka IBC 11

Pomiary Roemera cd. Nie wszyscy współcześni Roemerowi uwierzyli, że wartość c jest skończona. Dopiero zaobserwowanie aberracji światła przez Bradley a w 1725 przekonało niedowiarków (patrz niżej) Znaczenie pomiarów Roemera polega również na tym, że w jego metodzie mierzy się czas przelotu światła tylko w jedną stronę, podczas gdy w pomiarach na Ziemi na ogół mierzy się czas przelotu tam i z powrotem. Jan Królikowski Fizyka IBC 12

Aberracja światła (Bradley 1725-27) Bradley rozpoczął w 1725 pomiary przesunięć paralaktycznych gwiazd w celu zmierzenia odległości do nich. Rozpatrując gwiazdę w pobliżu bieguna ekliptyki Bradley oczekiwał, że zaobserwuje, że zatacza ona na niebie elipsę. Obserwowana gwiazda, γ Smoka, rzeczywiście zakreślała na niebie małą elipsę ale orientacja jej osi nie zgadzała się z oczekiwaniami. Jan Królikowski Fizyka IBC 13

Orbita Ziemi jest niemal kołem. Przypuśćmy jednak, że duża półoś orbity Ziemi a to odcinek AC/2, zaś mała półoś b to odcinek BD/2. Oczekiwalibyśmy, że gwiazda w biegunie ekliptyki odległa o D będzie zakreślać elipsę o rozmiarach kątowych a/d i b/d. Zaobserwowana elipsa (czerwona) była obrócona. Aberracja gwiazd B C a d b c A D Jan Królikowski Fizyka IBC 14

Wyjaśnienie: za dodatkową paralaksę odpowiedzialny jest ruch Ziemi i wektorowe dodawanie prędkości. Na rysunku obok widać, że należy uwzględnić skończoną wartość prędkości światła i wektorowe dodawanie prędkości ruchu Ziemi i prędkości światła przychodzącego z gwiazdy, ustawiając teleskop pod określonym kątem. Efekt ten prowadzi do dodatkowego ruchu rocznego po stożku o średnicy kątowej 2α= ~41. Bradley obliczył, że c= 301000 km/s. Podstawiając współczesne wartości otrzymamy c=299 770 (150) km/s. Aberracja gwiazd cd. Jan Królikowski Fizyka IBC 15

c jako prędkość graniczna W prowadzonych dotychczas rozważaniach nie pojawiły się żadne ograniczenia na wartość prędkości. Np. w prostoliniowym ruchu jednostajnym przyspieszonym całkowanie przyspieszenia po odpowiednio długim czasie prowadziłoby do nieograniczonych wartości prędkości. Można to sprawdzać doświadczalnie ale potrzebny do tego jest akcelerator cząstek zapewniający cząstkom stałe przyspieszenie np. akcelerator elektrostatyczny. Jan Królikowski Fizyka IBC 16

Idea doświadczenia Źródło elektronów U E v K 2 = eu= = 2eU m e t mv e 2 2 Wzór nierelatywistyczny Pomiar E K Akcelerator liniowy L v L = t Jan Królikowski Fizyka IBC 17

Typowe wyniki (Perry et.al.. 1930) Dane doświadczalne dowodzą, że: Obserwujemy prędkość graniczną=c, Trzeba stosować relatywistyczny wzór na energię kinetyczną: mc 2 2 2 EK = mc = mc γ 1 2 1 β v 1 β= γ= c 1-β 2 ( ) Jan Królikowski Fizyka IBC 18