Опыт Физо об изменении поляризационного азимута преломленного луча при движении Земли icon

Опыт Физо об изменении поляризационного азимута преломленного луча при движении Земли



НазваниеОпыт Физо об изменении поляризационного азимута преломленного луча при движении Земли
Дата конвертации28.08.2012
Размер102.73 Kb.
ТипДокументы

Опыт Физо об изменении поляризационного азимута преломленного луча при движении Земли.



Фон В.Штрассер.

Ann. Physik, 1907, 24, s. 137-144





Переведено Григорян Е.М. 2005 г.


Все опыты, которые были произведены, чтобы доказать влияние движения Земли на наблюдаемые оптические явления на Земле, до сих пор приводили к отрицательному результату.

Только Физо указывает, что он наблюдал случай такого влияния. Когда он пропускал поляризованный световой луч через ряд наклонных стеклянных пластин, то наблюдал изменение вращения плоскости поляризации, смотря по тому, как распространялся луч: в направлении движения Земли или против него.

Опыт Физо находится в противоречии с теорией электродинамики для движущихся тел, и было желательным, поэтому, повторить эксперимент Физо по возможности с теми же условиями.

В то время, как я занимался подготовительными измерениями, появилась работа Брайса, в которой исследования Физо были повторены и проверены.

Брайс использовал несколько измененную по сравнению с Физо установку из четырех стеклянных пластин для вращения плоскости поляризации луча, при этом, по мнению Физо, разность вращений из-за движения Земли должна была получаться от 0,024º. Брайс не смог обнаружить такое влияние; он получил из своих наблюдений изменение вращения только 0,008º.

(стр.138) Наибольшие отклонения от его среднего значения составляли + 0,014º и -0,018º. Поэтому, не смотря на очень тщательные измерения Брайса, ожидаемый из-за движения Земли эффект вместо +0,024º, получился сравнимым с ошибками наблюдений. Т.к. я надеялся достичь на моей установке более высокую точность, я считал полезным, не смотря на работу Брасе, продолжить мои опыты.

Принцип опыта Физо коротко следующий: когда в полдень световой луч идет в направлении с запада на восток через ряд наклонных стеклянных пластин, то, вследствие движения Земли вокруг Солнца, в направлении, противоположном распространению светового луча, скорость луча должна по Физо замедляться, а показатель преломления воздуха к стеклу и, следовательно, поворот плоскости поляризации должны увеличиваться.

Когда же световой луч идет в направлении с востока на запад, то вращение плоскости поляризации уменьшается. Как дает расчет, лежащий в основе френелевских коэффициентов одновременного прохождения, разность вращения в обоих противоположных направлениях должна составлять почти 1/1500 полного поворота.

Если использовать единственную стеклянную пластину с показателем преломления n = 1,530, на которую падает луч приблизительно под углом 70º при поляризационном азимуте приблизительно около 20º, то плоскость поляризации преломленного луча претерпевает поворот около 6º40'.
Вероятный эффект движения Земли составит согласно этому 1/1500 · 6º40 =16''. Величина, очевидно, настолько маленькая, чтобы ее можно было наблюдать. Однако, Физо удалось, благодаря увеличению количества пластин и особенно благодаря подходящей установке сильно увеличить эффект 16''. Принцип его метода обусловлен следующим соображениям.

Френелем для прохождения прямолинейного поляризационного луча через стеклянную пластину для первой поверхности было установлено уравнение:



  1. tg β1 = (1/cos ( - Ψ)) · tgα1


(Стр.139) Здесь  – угол падения, Ψ – угол преломления,

и – поляризационные азимуты падающего и отраженного луча.

Для второй параллельной поверхности (плоскости):


tg β2 = (1/cos ( - Ψ)) · tgα2.

и т.к. = , то получается


tg β2 = (1/cos2( - Ψ)) · tgα1


При параллельных плоскостях


(2) tg n = (1/cos n ( - ))  tg.


При расчете по этой формуле для определенного угла падения необходимых величин βn для различных значений α, видно, что при малых значениях α незначительное изменение Δα влечет за собой большее изменение Δβn. Если, например, при стеклянном наборе из четырех пластин угол падения составляет i = 70º и поляризационный азимут падающего луча α = 5º, то изменение этого азимута на Δα вызывает изменение поворота плоскости Земли на Δβn = 3,2 · Δα. Таким образом, изменение в положении первоначальной плоскости утраивается.

Если применяют несколько таких стеклянных наборов, то увеличение растет в геометрической прогрессии. Увеличивая число наборов, можно добиться получение вполне обнаружимого эффекта. Но трудность заключается в том, что стеклянные пластины сами имеют небольшое двойное преломление, в результате линейная поляризация светового луча превращается в эллиптическую. Эллиптическая поляризация едва заметна при одной стеклянной пластине, но она увеличивается при увеличении пластин. Возможно, как это делал Физо, возникающую эллиптическую поляризацию компенсировать тем, что добавлять стеклянные пластины, которым придается незначительный наклон и противоположный азимут. Т.к. эти компенсирующие стеклянные пластины производят более слабый и противоположный поворот, чем другие стекла, то полный поворот немного уменьшается, в то время как эллиптическая поляризация в известной мере компенсируется, что позволяет сделать возможным установку достаточно чувствительной.


(Стр.140) В эксперименте стеклянные пластины были прямоугольными, приблизительно 50 мм длиной, 20 мм шириной и 3 мм толщиной. Они были слегка слабо призматическими; угол отдельных пластин лежал между 10' и 40'. Таким образом, это делало возможным проходящий луч отделять от лучей, отражающихся от поверхностей. Стекла от двух до четырех были помещены в маленькие цинковые коробки и так подобраны, и расположены, что прямой луч при его прохождении через стекла не мог выйти из поля зрения. Всего было использовано 14 пластин, которые были укреплены между поляризатором и анализатором большого полутеневого аппарата от фирмы Шмидт и Ханш с наклоном, приблизительно, 70º и азимутом 5-20º.

Я получил благодаря стеклопакетам при 18-тикратном увеличении Δαβ = 18Δα] полный поворот, приблизительно, 50º, так что ожидаемый эффект составил: 1/1500 ·50º · 18 = 0,60º.

Необходимо было проверить, достаточно ли чувствительной была моя установка, чтобы можно было экспериментально установить указанное выше влияние движения Земли. С этой целью осуществлялось малое изменение коэффициента преломления n12 воздуха к стеклу и наблюдалось, насколько поворачивалась плоскость поляризации.

Чтобы этого достигнуть, воздух, окружающий стеклянные пластины, был заменен газом с несколько большим коэффициентом преломления. Стеклянные пластины были окружены со всех сторон замкнутыми цинковыми футлярами, у которых имелись на двух противоположных сторонах стеклянные окна для прохождения света. Благодаря двум встроенным в футляр трубам стало возможным вместо воздуха вводить другой газ, коэффициент преломления которого приблизительно в 1/1500 больше, чем у воздуха. Я применил смесь эфирного пара (n = 1,00152) и воздуха. Поток воздуха продувался медленно через эфирный пар, температура которого была немного выше, чем температура среды. Воздух, который при этом принимал достаточное количество эфирного пара, затем охлаждался холодильником на определенную температуру t, так что часть эфирного пара снова конденсировалась, и воздух с эфиром насыщался.


(Стр.141) Смесь попадала в цинковый футляр и вытесняла постепенно воздух, находящийся в нем. Температура в футляре была немного выше, чем t, предотвращая частичную конденсацию эфирного пара. Изменяя температуру t можно в цинковом футляре устанавливать любой состав из воздуха и пара, следовательно, коэффициент преломления, и т.о. поворот плоскости поляризации, варьируются вокруг желаемого малого значения.

Изменения поворота, которые получаются таким образом, могут быть определены математически. Для газовой смеси преломление равно сумме преломлений составных частей. Так как давление насыщения этилового эфира, например, при 20º составляет 442 мм., состав воздуха и эфирного пара относится как


760-442/442 = 318/442.


Для смеси, следовательно,


n – 1 = 318/760 · 0,000294 + 442/760·0,0015 = 0,000995.


Поэтому изменение коэффициента преломления составляет:


1,000995 – 1,000294 = 0,000701,


следовательно, изменение поворота


53,8º · 18 · 0,000701 = 0,68º


при полном повороте и 18-ти кратном увеличении.

Следующая таблица представляет полученные результаты:


Температура

t

Поворот с воздухом

Поворот

со смесью

Изменение поворота

наблюдаемое

вычисленное

10º

20º

28º

53,78о

53,80

53,80

53,42о

53,14

52,93

0,36о

0,66

0,87

0,45о

0,68

0,93


В течение долгого времени сложно непрерывно поддерживать постоянную температуру в футлярах, поэтому можно использовать соответствие наблюдаемых и расчетных значений, считая его удовлетворительными. Контрольные измерения показали, что при таком подходе, изменения коэффициента преломления соответствуют порядку величины, возникающему при движении Земли сквозь эфир.


(Стр.142) Сначала я искал, как установить наблюдения, чтобы при постоянной установке аппарат была возможность осуществлять измерения до и после полудня. Однако при этом обнаружились значительные колебания во времени в величине угла поворота поляризации, которые были вызваны, вероятно, вибрацией или температурными флюктуациями, так что я делал наблюдения непосредственно одно за другим. Стол, на котором был установлен аппарат, был подвешен на стальной струне для обеспечения легкого вращения вокруг вертикальной оси; измерения благодаря этому могли быть выполнены за короткое время, путем вращения аппарата с источником света на 180º. Этим удавалось избегать любой внешней помехи. Схема установки приведена на рисунке.





L – источник света, P – поляризатор, Y1, Y2, Y3, Y4 – стеклянные наборы, К – компенсатор Soleil – Babinet, к применению которого я еще позже вернусь, A – анализатор с круговой шкалой и F – телескоп.

Необходимо, чтобы при наблюдениях источник света всегда оставался в неизменном положении к аппарату. Смещение источника света влекло бы за собой хоть и незначительное, но изменение регулировки. И Физо, который для двойного наблюдения установил по одному зеркалу с восточной и с западной стороны аппарата так, чтобы солнечный луч мог отражаться на аппарат, указывает, что отражатели сами заметным образом влияли на наблюдения. Возможно, что разность поворота, которую Физо получил для восточного и западного направления, была вызвана различными положениями отражателей в его установке.

Наблюдения были проведены с перерывами с весны до осени 1906г. При измерениях в большинстве случаев производилось 4 регулировки и из них бралось среднее.


(Стр.143) Так 2 июля 1906г. в полдень.


Полный поворот в восточном направлении

Полный поворот в западном направлении

53,25º

53,30

53,27

53,31

53,20º

53,28

53,22

53,30

Среднее значение: 53,28º

Среднее значение: 53,25º



Итак, избыток поворота для западного направления составляет – 0,03º.


Ниже в таблице приведены значения, относящиеся к июлю.


День

Избыток поворота для восточного направления

День

Избыток поворота для западного направления

2 июля

4 «

6 «

7 «

8 «

9 «

10 «

13 «

- 0, 03º

+ 0,08

+ 0,02

+ 0,06

- 0,02

+ 0,03

+ 0,02

+ 0,07



16 июля

17 «

18 «

19 «

20 «

24 «

26 «


+ 0,00º

  • 0,07

  • 0,05

+ 0,04

  • 0,07

+ 0,03

- 0,08



В качестве среднего значения из этих чисел получается избыток поворота в западном направлении + 0,03º, и находится, следовательно, внутри границ погрешности наблюдения.

В июле 1907г., когда в моем распоряжении был компенсатор по Soleil – Babinet, я повторил опыт еще раз. Компенсатор был помещен за стеклянными пакетами, и с помощью перемещаемых микрометрическими винтами кварцевых клиньев компенсатора, отрегулирован так, что остаточная эллиптическая поляризация полностью превращалась в линейную. Смещение передвижного кварцевого клина как в одном, так и в другом направлении приводило к нарушению настройки и это доказывает, что эллиптическая поляризация, в самом деле, была полностью компенсирована. Увеличение Δα было при полном повороте приблизительно 60ох35, вероятный эффект, т.о. должен составлять


60ºх35/1500 = 1,40º.


(Стр.144) Опыты проводились следующим образом: я делал регулировку, в то время как другой наблюдатель по круговому лимбу осуществлял отсчет показаний. Так 27 июля в полдень был ряд наблюдений.


Западное направление

Восточное направление

60,705

60,725

60,704

60,700

60,709



60,706

60,707

60,696

60,690

60,716


Среднее значение:

60,709

Среднее значение:

60,703


Результирующая таблица за июль:



День

Западное направление

Восточное направление

Избыток (излишек) для западного направления

3. июля

4. «

9. «

10 «

20 «

23 «

24 «

25 «

27 «

60,697

60,709

60,688

60,675

60,708

60,691

60,695

60,688

60,709

60,688

60,691

60,695

60,685

60,701

60,696

60,709

60,698

60,703

+0,009

+0,018

-0,007

-0,010

-0,007

-0,005

-0,014

-0,010

+0,006


Величина избытка поворота, вычисленное по наблюдениям Физо, для западного направления составляет 1,4. В вышеуказанных таблицах наибольший избыток поворота составляет только лишь +0,018, и в среднем получается из чисел –0,0012.

А поэтому при чувствительности измерений едва ли возможно установить искомую величину с точностью до 1%.

Из имеющихся наблюдений можно, следовательно, с уверенностью заключить, что эффект наблюдавшийся Физо не существует, и что до сих пор экспериментальное влияния движения Земли на оптические явления на Земле не могут быть доказаны

Данциг – Лангфур, Физический Институт Технической Высшей Школы (Поступило 9-го августа 1907г.)




Похожие:

Опыт Физо об изменении поляризационного азимута преломленного луча при движении Земли 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...
Опыт Физо об изменении поляризационного азимута преломленного луча при движении Земли iconЭксперимент по определению относительных отклонений в скорости света при прохождении луча в одном направлении
Типичные вариации скорости, наблюдавшиеся при прохождении луча в одном направлении, совпадали с суточным вращением и составляли от...
Опыт Физо об изменении поляризационного азимута преломленного луча при движении Земли 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...
Опыт Физо об изменении поляризационного азимута преломленного луча при движении Земли 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...
Опыт Физо об изменении поляризационного азимута преломленного луча при движении Земли iconВозможность использования искусственных спутников Земли для обнаружения гравитационных волн
Солнечной системы, который показала, что энергия планет солнечной на орбите их движения является величиной квантовой также как и...
Опыт Физо об изменении поляризационного азимута преломленного луча при движении Земли iconЛ. а педченко и В. И. Андреевой, проект журнала Справочник
Пример 3 (стр. 2) Пример внесения записи об изменении фамилии (при изменении фамилии по желанию работника)
Опыт Физо об изменении поляризационного азимута преломленного луча при движении Земли iconОб отклонении луча света в гравитационном поле Земли
Исторически сложилось мнение о единой природе, приоритетном факторе, влияния на распространение света
Опыт Физо об изменении поляризационного азимута преломленного луча при движении Земли iconГде n коэффициент преломления среды. Эти две гипотезы дают
Об относительном движении Земли и светоносном эфире Альберт А. Майкельсон, Эдвард В. Морли *
Опыт Физо об изменении поляризационного азимута преломленного луча при движении Земли iconМайкельсон А., Морли Э. Об относительном движении Земли и светоносного эфира
Голин Г. М., Филонович С. Р. Классики физической науки. М.: Высшая школа, 1989, стр. 514
Опыт Физо об изменении поляризационного азимута преломленного луча при движении Земли iconДепартамент образования Ярославской области Центр образования школьников «Олимп» Всероссийская олимпиада школьников 2010-2011 учебного года Физика, 10 класс, муниципальный этап Возможные решения задач Задача «Автомобиль на дороге» (10 баллов)
Равнодействующая силы тяжести и подъемной силы Fпод сообщает самолету центростремительное ускорение. При движении с запада на восток...
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