Еще раз об эксперименте физо по распространению света в подвижных и неподвижных средах icon

Еще раз об эксперименте физо по распространению света в подвижных и неподвижных средах



НазваниеЕще раз об эксперименте физо по распространению света в подвижных и неподвижных средах
Дата конвертации15.09.2012
Размер83.63 Kb.
ТипДокументы

ЕЩЕ РАЗ ОБ ЭКСПЕРИМЕНТЕ ФИЗО ПО РАСПРОСТРАНЕНИЮ СВЕТА В ПОДВИЖНЫХ И НЕПОДВИЖНЫХ СРЕДАХ

Белоусов А.Г.

ЦНИИ морского флота (ЦНИИМФ) Кавалергардская ул., 6,

Санкт-Петербург, 193015, Россия, E-mail: vts@neva.spb.ru.

телефон: 7(812) 271-81-97


В статье рассматривается новый подход к объяснению экспериментальных данных , полученных в опыте Физо по распространению света в подвижных и неподвижных средах. Приводится теоретическое обоснование возможности создания автономного абсолютного измерителя скорости и пройденного расстояния для всех видов подвижных носителей.


^ Belousov A.G. The article presents new approach to the explanation of experimental data, having been received by Fizo on light propagation in mobile and non-mobile mediums. A theoretical foundation for possibility of a creation of autonomous device for measuring of speed and distance over the ground for all means of transport is given.

Давно бы я сошел с ума,

Да видно не дает Луна,

А также опыты Саньяка,

Физо и Ньютона Исака.

Свой знаменитый эксперимент по сопоставлению оптических эффектов, возникающих при распространении света в подвижных и неподвижных средах, выдающийся французский физик Армант Ипполит Луи Физо впервые осуществил в 1851 году [ 1 - 3 ]. Можно только поражаться и восхищаться мастерством и искусством Физо в проведении столь сложного и тонкого гидродинамического и оптического эксперимента. В качестве источника световых колебаний Физо использовал естественный солнечный свет. Узкий солнечный луч с помощью зеркал вводился в систему светопроводов, представлявших из себя длинные стеклянные трубки с протекающей в них водой. Скорость протекания воды во всех частях светопровода поддерживалась строго постоянной и могла изменяться от нуля до максимального значения (см. Рис. 1). Параметры установки Физо были следующими [ 2 ]:


- внутренний диаметр стеклянных трубок  = 5 мм;

- длина стеклянных трубок L = 1,4875 м;

- скорость протекания воды в трубках V = 7,059 м/c;

- показатель преломления света в воде nв = 1, 333;

- скорость распространения света в воздухе c0 = 3*108 м/c;

- показатель преломления света в воздухе n0 = 1;

gif" align=left hspace=12>- длина волны света в воздухе 0 = 0,526*10-6 м.




L

V





Рис.1 Схема установки Физо

-2-


В зрительную трубу Физо наблюдал интерференционную картину, создаваемую двумя световыми лучами при прохождении их по светопроводу навстречу и по ходу течения воды. Опорной картиной являлось изображение интерференционных полос при неподвижной воде в светопроводе. Увеличивая или уменьшая скорость течения воды в светопроводе, Физо фиксировал соответствующий сдвиг интерференционных полос. Самое интересное, что полосы сдвигались либо вправо либо влево в зависимости от направления течения воды в верхней и нижней трубках (см. Рис. 2).


0

V


- 






V=0


+






V


Рис. 2 Сдвиг интерференционных полос в опыте Физо


Ни одна из предложенных ранее теорий не дает удовлетворительного объяснения экспериментальным результатам, полученным Физо ( см. Таблицу).


Наблюдаемый и теоретический сдвиг интерференционных полос ,  / 0

^ Результаты эксперимента Физо, Э Физо = 0,230016

Теория Физо , Т Физо = 4* L* V* nв2 / (c0 * 0 ) =

= 4*1,4875*7,059*1,3332 / (3*108*0,526*10-6) = 0,472948

Несовпадение теории с экспериментом, %

Физо - Т Физо ) / Э Физо = (0,230016 - 0,472948) / 0,230016 = - 105,62 %

Теория Френеля (Эйнштейна) , Т Френеля = 4* L* V*( nв2 - 1) / (c0 * 0 ) =

= 4*1,4875*7,059*(1,3332 - 1) / (3*108*0,526*10-6) = 0,206782

Несовпадение теории с экспериментом, %

Физо - Т Френеля ) / Э Физо = (0,230016 - 0,206782) / 0,230016 = + 10, 10 %

Теория Канарева , Т Канарева = 4* L* V / (c0 * 0 ) =

= 4*1,4875*7,059 / (3*108*0,526*10-6) = 0,266166

Несовпадение теории с экспериментом, %

Физо - Т Канарева ) / Э Физо = (0,230016 - 0,266166) / 0,230016 = - 15,72 %

Теория Белоусова, Т Белоусова= 8* L* V*( nв2 - nв ) / (c0 * 0 ) =

= 8*1,4875*7,059*(1,3332 - 1,333) / (3*108*0,526*10-6) = 0,236297

Несовпадение теории с экспериментом, %

Физо - Т Белоусова ) / Э Физо = (0,230016 - 0,236297) / 0,230016 = - 2,73 %


По нашему мнению, ключ к объяснению результатов опыта Физо следует искать в более поздних исследованиях, а именно - в экспериментах (эффекте) Саньяка [1,4]. Установка Физо сложна для теоретического анализа и не позволяет наглядно и доказательно выводить правильные формульные зависимости. Для объяснения опыта Физо, рассмотрим более простую установку (см. Рис. 3)

-3-


L L



1-й луч, nв = 1, 333




2-й луч, n0 = 1

V = 7,059 м/с









^ Рис. 3 Демонстрационная установка для объяснения результатов опыта Физо.


В отличие от установки Физо, данная установка не содержит каких либо подвижных элементов. Так первый луч проходит по верхнему светопроводу, представляещему из себя глухую стеклянную трубку заполненную водой. Второй световой луч распространяется по воздуху. Источником излучения служит лазерный диод либо галогенная лампа. Вся установка (источник излучения, зеркала, световод, зрительная труба) вместе с наблюдателем перемещаются в гравитационном поле Земли с постоянной линейной скоростью V. Наблюдатель фиксирует интерференционную картину при неподвижной установке относительно поверхности Земли и сравнивает ее с той, которая получается при движении. По сути дела, данная установка, представляя из себя модификацию распрямленного интерферометра Саньяка, является автономным абсолютным измерителем скорости, пригодным практически для всех видов подвижных носителей. Используя различные световоды и организуя оптимальные ходы лучей, можно измерять как самые малые линейные скорости, так и самые большие. Это тема отдельной статьи. Мы же вернемся к теории нашей демонстрационной установки.

Работа современных твердотельных световолоконных гироскопов и гиротахометров, основанных на эффекте Саньяка, убедительно свидетельствует о том, что свет движущимся световодом не увлекается. Именно этим объясняется наличие разности фаз в световых колебаниях , приходящих к приемному устройству с противоположных направлений по ходу и против движения световода.

Время необходимое первому лучу для прохождения световода с показателем преломления nв = 1, 333 от одного торца до другого, обозначим через t. За время t верхний и нижний (n0 = 1) световоды оба синхронно сместятся вправо на расстояние L = V* t. Первый луч, прежде чем достигнет правого торца световода, должен пройти расстояние L + L. Первый луч, независимо от того движется установка или стоит на месте, распространяется по верхнему световоду с постоянной скоростью c0 / nв. Следовательно время t = L/ V = ( L + L) / (c0 / nв), Из последнего соотношения выводятся следующие зависимости:

t = L / ( c0 / nв - V ) ; L = L * V / ( c0 / nв - V ) .

Первый луч, проходя реальное физическое расстояние L + L и достигая правого торца верхнего световода за время t , приобретает суммарный набег фазы 1 = ( L + L ) * ( 2 / 0 / nв ) ,

где ( 2 / 0 / nв ) - волновое число при распространении света в воде.

Сложнее обстоят дела с правильным пониманием физической сущности фазового набега при распространения второго луча. Второй луч распространяется в нижнем световоде с постоянной скоростью c0 / n0 = c0 . Естественно, что одному и тому же фотону требуется различное время для прохождения одинаковых по длине световодов, но с разными показателями преломления. Одиночные фотоны, попадающие в зрительную трубу в разное время, в принципе не могут создавать никакой интерференционной картины. Интерференционная картина формируется всей совокупностью излучаемых источником непрерывных световых колебаний. Поэтому прямое использование времени t в качестве опоры для нахождения фазовых соотношений для второго луча в принципе неверно. Правильный фазовый набег для второго луча, также как и для первого луча, следует определять по формуле

2 = ( L + L ) * ( 2 / 0 / n0 ) ,

где ( 2 / 0 / n0 ) - волновое число при распространении света в воздухе.

Разность фаз световых лучей, приходимых в зрительную трубу, равна

 = 1 - 2 = ( L + L ) * ( nв - n0 ) * ( 2 / 0 )

Подставляя в последнюю формулу значение L= L*V/(c0/nв - V), окончательно получим

 =  (V=0) +  (V0) ,

где  (V=0) = L * ( nв - n0 ) * ( 2 / 0 ) - опорная разность фаз при неподвижной установке,

 (V0) = L * V * ( nв - n0 ) * ( 2 / 0 ) / (c0 / nв - V) -


-4-


дополнительная разность фаз, возникающая при движении установки вправо со скоростью V. Заметим также, что в данной установке, также как и в опыте Физо, интерференционные полосы сдвигаются относительно опорной картины вправо или влево, в зависимости от направления движения.


Поскольку c0 / nв V и n0 = 1 , то

 (V0)  L * V * ( nв 2 - nв ) * ( 2 / 0 ) / c0

Относительный сдвиг полос в интерференционной картине связан с дополнительной разностью фаз соотношением

 / 0 = (V0) / 2 .

Следовательно, установка, изображенная на Рис.3, характеризуется следующей теоретической зависимостью

 / 0 = L * V * ( nв 2 - nв ) / ( c0 * 0 )

В установке Физо каждый из двух лучей проходит расстояние 2*L . Кроме того, один луч все время движется по ходу течения воды, в то время, как другой луч распространяется против течения воды .Это вызывает дополнительное удвоение сдвига интерференционных полос.

Приведенные выше аргументы , а также известные факты коренного отличия поведения звука и света в подвижных средах, позволяют автору выдвинуть следующую гипотезу: Установка Физо, по сути дела, представляет из себя увосьмеренную установку, изображенную на Рис. 3. Теоретический сдвиг интерференционных полос в установке Физо, по нашему мнению, следует рассчитывать по формуле (ТБелоусова) , приведенной в нижней части таблицы, а именно :


/ 0 = 8* L* V* ( n воды 2 - n воды ) / (c0 * 0 )


В настоящее время по заказу ЦНИИ морского флота (ЦНИИМФ) на кафедре электроакустики и ультразвуковой техники (ЭУТ) Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета (“ЛЭТИ”) коллективом ученых под руководством заведующего кафедрой Павроса С.К. осуществляются экспериментальные работы по проверке основных теоретических положений, изложенных в статье.


В заключение, хотелось бы еще раз выразить свое глубокое восхищение великими физиками - зкспериментаторами прошлых столетий.

ЛИТЕРАТУРА


1. Калитиевский Н.И. Волновая оптика. М. ; Наука, 1971. - 376 с.


2. Голин Г.М., Филонович С.Р. Классики физической науки ( с древнейших времен до

начала ХХ в.): Справ. пособие. М. : Высшая школа, 1989. - 576 с.


3. Канарев Ф.М. Кризис теоретической физики. Краснодар КГАУ, 1996. -144 с.


4. Окиси Т. и др. Волоконно-оптические датчики. Пер. с япон. Л.: Энергоатомиздат,

1990. - 256 с.




Похожие:

Еще раз об эксперименте физо по распространению света в подвижных и неподвижных средах iconАтом и вещество часть 3 опыт физо и теория относительности
Физо, проведенный в 1851 г для исследования влияния движения среды на скорость света. Естественно, что в то время теория относительности...
Еще раз об эксперименте физо по распространению света в подвижных и неподвижных средах iconАтом и вещество часть 3 опыт физо и теория относительности
Физо, проведенный в 1851 г для исследования влияния движения среды на скорость света. Естественно, что в то время теория относительности...
Еще раз об эксперименте физо по распространению света в подвижных и неподвижных средах iconЕщё раз о постоянстве скорости света
Критики сто, например, утверждают, что скорость света вовсе не постоянна, а меняется для наблюдателя в зависимости от скорости источника...
Еще раз об эксперименте физо по распространению света в подвижных и неподвижных средах iconРаботы и биография Уоллеса Кантора статьи
Кантор У. Прямой эксперимент первого порядка по распространению света от движущегося источника // Журнал американского оптического...
Еще раз об эксперименте физо по распространению света в подвижных и неподвижных средах iconЛекция №39 (№74). Еще раз об эмиграции. "Доживающие"
...
Еще раз об эксперименте физо по распространению света в подвижных и неподвижных средах iconЕще раз о проверке на дисплазию
Польши, Эстонии, Литвы и всех других республик бывшего СССР. Дисплазию, сделанную в этих странах, лкф не признает. Так как не все...
Еще раз об эксперименте физо по распространению света в подвижных и неподвижных средах iconВ 1902 г. Релей повторил опыты Физо с отрицательным результатом [4]
Опыты первого порядка Физо 1858 г по повороту плоскости поляризации были одними из первых попыток определения величины и направления...
Еще раз об эксперименте физо по распространению света в подвижных и неподвижных средах iconСамостоятельная работа по домашнему заданию с последующей самопроверкой. Обсуждение предложенных заданий и хода работы
Повторение закона преломления и отражения света и особенностей его распространения в средах разной оптической плотности
Еще раз об эксперименте физо по распространению света в подвижных и неподвижных средах iconОлег Покровский наставления по выживанию в конце света
Сначала стоит задать вопрос: нуждаются ли люди в наставлениях по выживанию в Конце Света? Уверен, что нуждаются! Эта книга — как...
Еще раз об эксперименте физо по распространению света в подвижных и неподвижных средах iconВ. И. Секерин модель света. Корпускулярно-волновой дуализм
Электромагнитные волны в природе – это электромагнитное поле, вид материи, структура с пространственным периодическим чередованием...
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©podelise.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы

Разработка сайта — Веб студия Адаманов