Doświadczenie Michelsona i Morleya Monika Wojciechowska II stopnień ZiIP Grupa 3

Albert Abraham Michelson urodził się na Strzelinie na Kujawach, wyjechał do USA, rozpoczął studia w U.S. Naval Academy, wykładał na Akademii fizykę i chemię, rozpoczął pierwsze eksperymety dotyczące prędkości światła, po dwóch latach studiów na uczelniach europejskich powrócił do USA, gdzie związał się z marynarką, objął stanowisko profesora fizyki w Case School of Applied Science w Cleveland, Ohio, pracował na University of Chicago.

Edward Williams Morley urodził się w Newark, New Jersey, ukończył Williams College, -Od był profesorem chemii i geologii na Western Reserve College, równolegle rozpoczął pracę na tym samym stanowisku w Medical College w Cleveland, rozpoczął badania nad zmianami zawartości tlenu w atmosferze ziemskiej, przy pomocy własnoręcznie zaprojektowanego aparatu do analizy gazów.

Jakie były powody przeprowadzenia doświadczenia? 1.Pogląd o falowej naturze światła, 2.Hipotetyczny eter jako ośrodek sprężysty, 3.Mierząc prędkość światła w różnych okresach roku lub doby można by było wyznaczyć prędkość Ziemi względem eteru.

Co to jest eter? -Miał wypełniać całą przestrzeń i pozostawać w spoczynku względem Wszechświata, -Miał wyznaczać absolutny układ odniesienia, -Prędkość światła miała być stała względem eteru.

Założenia doświadczenia -Zbadana prędkość światła byłaby wypadkową wektorów prędkości światła i Ziemi względem eteru -Dla obserwatora na Ziemi światło biegnące w tym samym kierunku co eter miałoby prędkość (c+v) względem Ziemi, a światło biegnące w przeciwnym kierunku miałoby prędkość (c-v), gdzie v jest co najmniej równe 30 km/s. Rys. 1. Orbita Ziemi wokół Słońca. Źródło: J. Orear „Fizyka” tom 2.

Doświadczenie Michelsona -Poprzedzało doświadczenie Michelsona i Morleya, -było próbą znalezienia odpowiedzi na pytanie, jaki jest ruch eteru względem ciał niebieskich, czyli próbą określenia wiatru eteru, -w celu jego przeprowadzenia Albert Michelson skonstruował przyrząd pomiarowy, zwany obecnie interferometrem Michelsona. Rys. 2. Interferometr Michelsona. Źródło:

Doświadczenie Michelsona i Morleya -A- źródło światła, -B- częściowo posrebrzana płytka szklana, -C i E- zwierciadła. Rys. 3. Schemat doświadczenia Michelsona- Morleya. Źródło: R. P. Feynman „Wykłady z fizyki” tom 3.

Doświadczenie Michelsona i Morleya -Zwierciadła C i E są umieszczone w równej odległości L od płytki B, -Płytka B dzieli padające światło na dwie wiązki. Rys. 3. Schemat doświadczenia Michelsona- Morleya. Źródło: R. P. Feynman „Wykłady z fizyki” tom 3.

Doświadczenie Michelsona i Morleya -Wiązki poruszają się we wzajemnie prostopadłych kierunkach ku obu zwierciadłom, skąd zostają odbite z powrotem do płytki B, -Tu następuje połączenie obu wiązek w jedną, będące superpozycją wiązek D i F. Rys. 3. Schemat doświadczenia Michelsona- Morleya. Źródło: R. P. Feynman „Wykłady z fizyki” tom 3.

Doświadczenie Michelsona i Morleya Rys. 3. Schemat doświadczenia Michelsona- Morleya. Źródło: R. P. Feynman „Wykłady z fizyki” tom 3.

Obliczenia L - odległość między płytką B i zwierciadłem E [m], t 1 - czas przebiegu światła od płytki B do zwierciadła E [s], c - prędkość światła [km/s], u – prędkość aparatury względem eteru [km/s]. Czyli, L - odległość między płytką B i zwierciadłem E [m], t 1 - czas przebiegu światła od płytki B do zwierciadła E [s], c - prędkość światła [km/s], u – prędkość aparatury względem eteru [km/s]. W podobny sposób można obliczyć czas t 2. W czasie tym płytka przesunie się na odległość u t 2.

Obliczenia L - odległość między płytką B i zwierciadłem E [m], t 1 - czas przebiegu światła od płytki B do zwierciadła E [s], t 2 – czas powrotu światła od zwierciadła E do płytki [s] c - prędkość światła [km/s], u – prędkość aparatury względem eteru [km/s].

Obliczenia Stąd otrzymujemy: L - odległość między płytką B i zwierciadłem E [m], t 1 - czas przebiegu światła od płytki B do zwierciadła E [s], t 2 – czas powrotu światła od zwierciadła E do płytki [s] c - prędkość światła [km/s], u – prędkość aparatury względem eteru [km/s].

Obliczenia L - odległość między płytką B i zwierciadłem E [m], t 1 - czas przebiegu światła od płytki B do zwierciadła E [s], t 2 – czas powrotu światła od zwierciadła E do płytki [s] c - prędkość światła [km/s], u – prędkość aparatury względem eteru [km/s].

Obliczenia L II – długość równoległa [m], L o – długość ciała w spoczynku [m], c - prędkość światła [km/s], u – prędkość aparatury względem eteru [km/s].

Obliczenia Ostateczny wzór: L - odległość między płytką B i zwierciadłem E [m], t 1 - czas przebiegu światła od płytki B do zwierciadła E [s], t 2 – czas powrotu światła od zwierciadła E do płytki [s c - prędkość światła [km/s], u – prędkość aparatury względem eteru [km/s].

Wnioski -Michelson i Morley nie zaobserwowali spodziewanego przesunięcia prążków interferencyjny, równego 0,04 szerokości pojedynczego prążka, -Uzyskane przesunięcia, będące efektem błędu pomiaru, wynosiło zaledwie 0,02, -Ówczesny świat nauki podważał wiarygodność uzyskanych wyników,

Wnioski -Michelson postanowił powtórzyć swoje doświadczenie, wykorzystując udoskonaloną wersję swojego aparatu, -Albert Abraham Michelson w 1907 roku otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za konstrukcję precyzyjnych instrumentów optycznych i pomiary w dziedzinie spektroskopii i metrologii przy ich użyciu, -Prototypowy interferometr udowodnił słuszność obranej metody pomiarowej,

Wnioski -Doświadczenie dało wynik negatywny, -Eteru nie ma, -Eksperyment Michelsona-Morleya nie tylko nie potwierdził hipotezy o ruchu Ziemi względem eteru, ale wręcz potwierdził coś innego. Analiza matematyczna wskazuje, że zerowy wynik doświadczenia Michelsona- Morleya jest wynikiem pozytywnym i oczekiwanym dla tezy o klasycznym dodawaniu prędkości, zgodnie z zasadą Galileusza: C=C+V..

Literatura [1] J. Orear, Fizyka, tom 2, [2] R. P. Feynman, Wykłady z fizyki, tom 3, [3] C. Kittel, W. D. Knight, M. A. Ruderman, Mechanika, [4] K. Turzyniecki, Negatywny wynik doświadczenia Michelsona-Morleya a teoria promieniowania synchrotronowego, [5] R. Kotowski, Wykład 12: Teoria względności Einsteina, [6] google.pl.

Dziękuje za uwagę