O‘zbekiston respublikasi xalq ta’limi vazirligi navoiy davlat pedagogika instituti fizika- matematika fakulteti

3. Fizo va Fuko tajribasi. Maykelson tajribasi

Louis Fizeau tajribasi

1849 yilda fransuz fizigi Lui Fizo yorug‘lik tezligini o‘lchash uchun laboratoriya tajribasini o‘tkazdi. Fizik Parijda manbadan 8 633 metr masofada oyna o‘rnatdi, ammo Römerning hisob-kitoblariga ko‘ra, yorug‘lik bu masofani bir soniyaning yuzdan biridan o‘tganda o‘tadi. Shunga o‘xshash aniq soatlar o‘sha paytda mavjud emas edi. Keyin Fizeau manbadan oynaga va oynadan kuzatuvchiga o‘tadigan yo‘lda aylanadigan tishli g‘ildirakdan foydalangan, tishlari vaqti-vaqti bilan nurni to‘sib qo‘ygan. Agar yorug‘lik nuri manbadan oynaga o‘tganda va tish orasiga teskari tegsa, fizik g‘ildirakning aylanish tezligini ikki baravar oshirdi. G‘ildirakning aylanish tezligining oshishi bilan yorug‘lik deyarli yo‘qolishni to‘xtatdi, aylanish tezligi sekundiga 12,67 aylanishga qadar. Shu payt nur yana so‘ndi.

Bunday kuzatuv shuni anglatadiki, yorug‘lik doimiy ravishda tishlarga «qoqilib» ketdi va ularning orasiga «sirpanish» uchun vaqt yo‘q edi. G‘ildirakning aylanish tezligini, tishlarning sonini va manbadan ko‘zgudan ikki barobar masofani bilib, Fizeau yorug‘lik tezligini hisoblab chiqdi, natijada u 315,000 km / s ga teng edi.



15-rasm

Bir yil o‘tgach, yana bir fransuz fizigi Leon Fuko shunga o‘xshash eksperiment o‘tkazdi, u tishli g‘ildirak o‘rniga aylanadigan oynani ishlatdi. Uning havodagi yorug‘lik tezligining olingan qiymati 298,000 km / s. Bir asr o‘tgach, Fizeau usuli shu qadar takomillashtirdiki, 1950 yilda E. Bergstrand tomonidan o‘tkazilgan shunga o‘xshash tajriba tezlikni 299 793,1 km / sek ga etdi. Bu raqam hozirgi yorug‘lik tezligiga zid ravishda atigi 1 km / s.

Keyingi o‘lchovlar

Lazerlarning paydo bo‘lishi va o‘lchash asboblarining aniqligi oshishi bilan o‘lchov xatosini 1 m / s gacha kamaytirish mumkin edi. Shunday qilib, 1972 yilda amerikalik olimlar o‘z tajribalari uchun lazerdan foydalanishdi. Lazer nurining chastotasi va to‘lqin uzunligini o‘lchab, ular 299 792 458 m / s qiymatga erishdilar. Shunisi e'tiborga loyiqki, vakuumda yorug‘lik tezligini o‘lchash aniqligini yanada oshirish asboblarning texnik nosozligi tufayli emas, balki hisoblagich standartining o‘zi xatosi tufayli amalga oshirilmadi. Shu sababli, 1983 yilda og‘irliklar va o‘lchovlar bo‘yicha XVII Bosh konferentsiya hisoblagichni yorug‘likning vakuumda bir vaqtning ichida 1/299 792 458 sekundga teng masofani aniqladi.

Vakuum bo‘lmaganida turli xil sharoitlar yorug‘likka ta'sir qiladi. Nurlar o‘tadigan modda, shu jumladan. Agar sekundiga hisoblagichlar soni kislorodsiz o‘zgarmasa, u holda havo kiradigan muhitda qiymat o‘zgaradi.

Yorug‘lik shisha, suv va havo kabi turli xil materiallar orqali sekinroq harakat qiladi. Ushbu hodisa ularning yorug‘lik harakatini qancha sekinlashtirishini tavsiflovchi sinishi indeksiga ega. Shisha sinishi 1,5 ga teng, ya'ni yorug‘lik sekundiga 200 ming kilometr tezlikda o‘tadi. Suvning sinishi ko‘rsatkichi 1,3, havoning sinishi indeksi 1 dan biroz ko‘proq, ya'ni havo yorug‘likni biroz sekinlashtiradi.

Shu sababli, havo yoki suyuqlikdan o‘tgandan so‘ng, tezlik sekinlashadi va vakuumga qaraganda kamroq bo‘ladi. Masalan, turli xil suv havzalarida nurlarning harakat tezligi kosmosdagi tezlikning 0,75 ga teng. Bundan tashqari, standart bosim 1,01 bar bilan, stavka 1,5-2% ga pasayadi. Ya'ni, yer sharoitida yorug‘lik tezligi atrof-muhit sharoitlariga qarab o‘zgaradi.

Bunday hodisa uchun ular maxsus kontseptsiya - refraktsiyani taklif qilishdi. Ya'ni, nurning sinishi. U turli ixtirolarda keng qo‘llaniladi. Masalan, refrakter - bu optik tizimga ega bo‘lgan teleskop. Bundan tashqari, uning yordami bilan durbin va boshqa uskunalar ham yaratiladi, ularning mohiyati optikadan foydalanishdir.

16-rasm. Refraktorli teleskop - sxema

Umuman olganda, eng kichik nurni oddiy havo orqali qaytarish mumkin. Maxsus yaratilgan optik oynadan o‘tayotganda tezligi sekundiga 195 ming kilometrni tashkil qiladi. Bu doimiydan deyarli 105 km / s kamroq.

Maykelson tajribasi.

Yorug‘lik tezligini o‘lchashning fizik usullaridan biri amerikalik olim Maykelsonning 1926-1929-yillarda ishlab chiqqan usulidir.

Maykelson tajriba o‘tkazish uchun iiki tog‘ cho‘qqisidan foydalandi, bu cho‘qqilar oralig‘I 35,426 km bo‘lib juda aniq o‘lchangan. Cho‘qqilardan biriga S yorug‘lik manbai o‘rnatilgan, bu manbadan kelayotgan yorug‘lik kichik tirqishdan o‘tib sakkiz yoqli A ko‘zgu prizmaga tushadi. Prizmadan qaytgan yorug‘lik ikkinchi cho‘qqida o‘rnatilgan B botiq ko‘zguga tushib, undan M yassi ko‘zguga, so‘ngra yana B ko‘zguning boshqa nuqtasiga tushadi, shundan keyin A prizmaning ikkinchi yog‘iga tushib, undan qaytgan yorug‘lik C ko‘rish trubasi orqali kuzatuvchining ko‘ziga tushadi. Yorug‘likning o‘tgan yo‘lini va uning harakat vaqtini bilgan holda yorug‘lik tezligini osongina hisoblash mumkin.

Bu tajribada asosiy qiyinchiliklardan biri vaqtni o‘lchash bo‘ldi. U quyidagicha amalga oshiriladi. A prizma dvigatel yordamida shunday aylanma harakatga keltiradiki, ko‘rish trubasi orqali S manba doimo ko‘rinib turadi. Bunday shart bajarilishi uchun yorug‘lik bir cho‘qqidan ikkinchi cho‘qqiga borib, undan qaytib kelishiga ketgan vaqt ichida prizma 1/8 marta aylangan bo‘lishi kerak. Tajribalardan birida prizmaning aylanish chastotasi 528,76 ayl/s bo‘lgan. Bir marta aylanish vaqti 1/528,76 s, 1/8 marta aylanish vaqti esa 8 marta kam, ya’ni 1/528,76*8 s bo‘lgan. Bu vaqt ichida prizmaning bir tomoni qo‘shni tomoni o‘rnini egallashga , yorug‘lik esa 35,426 km yo‘lni ikki marta bosib o‘tishga ulguradi.

Bu tajribadan yorug‘likning havodagi tezligi esa 299796 km/s gat eng ekanligi aniqlanib, vakuumdagi tezligi esa 299796 km/s gat eng ekanligi hisoblangan.



17-rasm

Yorug‘lik tezligining eng aniq qiymati geliy-neon lazeri nurlanishining (λ=3,39mkm) to‘lqin uzunligi va chastotasini mustaqil ravishda o‘lchash asosida aniqlangan. Hozirgi vaqtda yorug‘likning vakuumdagi tezligini taxminan 300000 km/s gat eng deb olinadi.

Har xil muhitlardagi yorug‘lik tezliklarini o‘lchash har qanday shaffof muhitda yorug‘likning umuman elektromagnit to‘lqinlarning tezligini uning vakuumdagi tezligidan kichik bo‘lishini tasdiqlaydi.

Muhitning undan o‘tayotgan yorug‘lik tezligini uning bo‘shliqdagi tezligiga nisbatan kamaytirishini xarakterlaydigan kattalik shu muhitning optik zichligi deyiladi. Muhitdagi yorug‘lik tezligi uning bo‘shliqdagi tezligiga nisbatan qancha kichik bo‘lsa muhitning optik zichligi vakuum zichligidan shuncha katta hisoblanadi. Optik zichlikni moddaning zichligi bilan almashtirib yuborish yaramaydi. Moddaning zichligi har xil bo‘lsa ham ularning optik zichligi bir xil bo‘lishi mumkin. Masalan, suv va metal spirti, kvars va tosh tuzining optik zichliklari bir xil, ammo zichliklari har xildir.

Vakuumning optik zichligi birga teng deb qabul qilingan. Havoning optik zichligi ham amalda vakuumning optik zichligiga teng deb olinadi, chunki yorug‘likning havodagi tezligi vakuumdagi tezligining taxminan 0,9997 qismiga tengdir. Shuni qayd qilish kerakki, elektromagnit to‘lqinlarning tebranish chastotasi muhitning optik zichligiga bog‘liq emas ya’ni yorug‘lik (umuman, elektromagnit to‘lqinlat) bir muhitdan ikkinchi muhitga o‘tganda uning (ularning) tebranishlar chastotasi o‘zgarmaydi. To‘lqin uzunligi esa yorug‘likning tarqalish tezligiga to‘g‘ri proporsional ravishda o‘zgaradi. Shuning uchun ham faqat bitta aniq muhit uchungina elektromagnit to‘lqinlarni ularning to‘lqin uzunliklari orqali xarakterlash mumkin.