اندازه گیری سرعت نور به کمک اجاق مایکروویو، جلسه سوم

تاریخچه ای از روش های اندازه گیری سرعت نور

اهداف جلسه: در این جلسه، می خواهیم تاریخچه ای از تلاشهای دانشمندان در مورد تعیین سرعت نور را بیان کنیم. شرح این آزمایش ها باید به گونه باشد که دانش آموزان بیشتر درگیر کلیت آزمایش و روش کلی کار گردند؛ به گونه ای که اگر مبنای آزمایش تئوری پیچیده ای فراتر از سطح دانش آنهاست، فکر آنها را به خود مشغول نکند.

وسایل مورد نیاز: یک دستگاه رایانه، برنامه مایکروسافت پاورپوینت، پروژکتور برای نمایش پاورپوینت

روند کار

اندازه گیری های تاریخی سرعت نور

قبل از قرن هفدهم دانشمندان معتقد بودند که چیزی به نام سرعت نور وجود ندارد. آنها فکر می کردند که نور می تواند هر فاصله را به طور آنی و بدون گذشت هیچ زمانی طی کند. اما بعد از آن تلاشهایی برای اندازه گیری سرعت نور صورت گرفت:

*** 1667، گالیله: حداقل 10 برابر بیشتر از سرعت صوت

گالیله اولین دانشمندی است که تلاشهایی را برای تعیین سرعت نور انجام داد. روش او خیلی ساده بود. او و دستیارش هر کدام فانوسهایی داشتند که می توانستند هر وقت خواستند روی آن را بپوشانند و یا پوشش روی آن را کنار بزنند.

اندازه گیری سرعت نور به کمک اجاق مایکروویو، جلسه سوم

گالیله پوشش روی فانوس خود را برمی داشت و دستیارش نیز به محض این که نور فانوس را می دید پوشش روی فانوس خود را بر می داشت. گالیله با اندازه گیری مدت زمانی که طول می کشید تا نور فانوس دستیارش را ببیند و دانستن فاصله بین فانوس ها، استدلال کرد که باید بتوان سرعت نور را اندازه گرفت.

نتیجه ای که او گرفت این بود که: اگر سرعت نور آنی نباشد؛ فوق العاده سریع است. گفته می شود او برای این کار از یک ساعت آبی استفاده کرد، به طوری که مقدار آبی که از یک ظرف خارج می شد میزان زمان سپری شده را بیان می کرد. گالیله استنباط کرد که نور با سرعتی حداقل 10برابر بیشتر از سرعت صوت حرکت می کند.

*** 1675، رومر: 200،000 کیلومتر بر ثانیه

رومر، ستاره شناس دانمارکی، با مشاهده قمرهای مشتری اعلام کرد که به نظر می رسد دفعات ماه گرفتگی قمرهای مشتری به موقعیت نسبی مشتری و زمین وابسته است. اگر زمین به مشتری نزدیکتر باشد، چرخش قمرهایش به نظر سریعتر صورت می گیرد.

با استدلال این که سرعت مداری قمرها نباید تغییری کند، او استنباط کرد که این پدیده باید ناشی از زمانی باشد که نور این مسافت را طی می کند.

*** 1728، جیمز برادلی، 301000 کیلومتر بر ثانیه

برادلی، فیزیکدان انگلیسی، از ابیراهی یا انحراف ستاره ای برای اندازه گیری سرعت نور استفاده کرد. ابیراهی ستاره ای موجب می شد که در طی حرکت زمین به دور خورشید موقعیت پدیدار شدن ستارگان تغییر کند.

ابیراهی ستاره ای به طور تخمینی نسبت سرعت چرخش زمین به دور خورشید به سرعت نور است. او سرعت زمین به دور خورشید را فهمید و همچنین توانست این زاویه انحراف ابیراهی را محاسبه کند. دانستن این دو مطلب او را قادر به محاسبه سرعت نور در خلا کرد.

*** 1849، لوییس فیزو: 313،300 کیلومتر بر ثانیه

فیزو، فیزیکدان فرانسوی، نوری را بین دندانه های یک چرخ دندانه دار تاباند. یک آینه در فاصله ای دورتر از 5 مایل پرتو را به همان شکاف بین دندانه های چرخ بازمی تاباند. بیش از 100 دندانه در چرخ وجود داشت و چرخ در هر ثانیه صدها بار می چرخید.

بنابراین اندازه گیری کسری از ثانیه کار ساده ای بود. با تغییر سرعت چرخ، تشخیص این که در چه سرعتی گردش چرخ به اندازه ای سریع هست که نور از فاصله بین دندانه ها عبور کند، به سمت آینه رود و سپس به همان شکاف برگردد، ممکن بود. او فهمید که نور چه فاصله ای را و در چه زمانی طی می کند. با تقسیم فاصله بر زمان سرعت نور را محاسبه کرد.

***1826 لئون فوکو: 299،796 کیلومتر بر ثانیه

این فیزیکدان فرانسوی از روشی مشابه روش فیزو استفاده کرد. او نور را به یک آینه چرخان تابانید. بعد از آن این نور به سمت یک آینه ثابت در فاصله دورتر منحرف می شد و سپس به آینه چرخان اولی بازمی گشت.

اما چون آینه اول چرخان بود، نور از این آینه با اندک زاویه ای نسبت به زاویه ابتدایی تابیده شدن خارج می شد. با اندازه گرفتن این زاویه تعیین سرعت نور نیز ممکن می شد. او بطور پیوسته دقت این روش را در طی سالهایی افزایش داد و اندازه گیری نهایی خود را 299،7966 اعلام کرد.

*** سر انجام در سال 1983، بیش از 300 سال بعد از اولین تلاش جدی برای اندازه گیری سرعت نور، مقدار آن توسط هفدهمین کنگره عمومی اندازه ها و وزنها، 299،792.458 کیلومتر بر ثانیه اعلام شد اندازه استاندارد متر نیز بر همین اساس تعریف شد، یعنی مسافتی که نور در مدت زمان 299792.458/1 ثانیه طی می کند.

تکلیف:

از دانش آموزان خواسته شود که برای جلسه آینده روش های ساده تری، با امکانات معمول، برای تعیین سرعت نور پیشنهاد کنند.

محل بازدید/ اردو/ خرید: ---------------------------------------------

منابع مطالعه: ----------------------------