Viteza luminii
Prima incercare de masurare a vitezei luminii a fost facuta de catre Galilei in anul 1607. A asezat pe doua dealuri doi observatori cu
felinare prevazute cu obturatoare. Unul deschizand obturatorul trimitea semnalul luminos celuilalt. Acesta in momentul in care a vazut
semnalul deschidea si el obturatorul felinarului sau trimitind semnalul inapoi. Galilei considera ca lumina
are viteza finita ,
ca urmare, lumina trebuie sa se intoarca dupa un anumit interval de timp Δt. Distanta parcursa a fost 2L, deci c = 2L/Δt,
in experiment Δt nu a putut fi masurat, astfel, Galilei a tras concluzia ca viteza luminii este foarte mare dar finita.
Intr-adevar, daca consideram ca viteza luminii este de 300000 km/s, iar distanta este de 1,5 km cat a fost in experimentul lui
Galilei, atunci lumina strabate aceasta distanta in 3km/300000kms
-1 = 10
-5s Este evident ca timpul de reactie
al observatorilor depaseste cu mult aceasta valoare. Apare inexplicabil de ce lui Galilei nu i-a venit ideea de a inlocui cel de-al
doilea observator cu o oglinda, inlaturand astfel erorile introduse de acesta.
Pentru prima data viteza luminii a fost determinata pe baza observatiilor astronomice de catre astronomul danez Olaus Römer in
anul 1675. Römer venise la Paris cu patru ani mai inainte, pentru a lucra in cadrul noului observator astronomic. Römer a
observat, cu multa atentie, eclipsele sucesive ale satelitului cel mai apropiat de Jupiter. Römer stia ca intervalele dintre
eclipsele succesive erau ceva mai mari atunci cand Pamantul, in miscarea sa, se indeparta de Jupiter, decat atunci cand se apropia
de el.
Masuratorile efectuate indicau o diferenta maxima de timp de 1320 s, in cazul masuratorilor facute in acelasi punct de pe Pamant,
la un interval de sase luni. Römer a avut ideea ca aceasta diferenta reprezinta timpul necesar luminii sa strabata distanta
dintre cele doua pozitii ale Pamantului in timpul celor doua eclipse succesive. Daca lumina nu se propaga instantaneu, atunci drumul
suplimentar pe care trebuie sa-l strabata lumina cand Pamantul este mai indepartat de Jupiter ar explica aparitia intarzierii eclipselor
satelitului lui Jupiter. Considerand ca diferenta maxima intre cele doua pozitii ale Pamantului este egala cu diametrul orbitei
Pamantului in jurul Soarelui, Römer a putut sa calculeze viteza luminii impartind aceasta distanta la intarzierea gasita.
In acea vreme, se credea in mod gresit ca diametrul orbitei Pamantului este de 299000 km. Impartind aceasta distanta la cele 1320
de secunde, s-a obtinut valoarea de 215000 km/s pentru viteza luminii. Astazi se stie ca viteza luminii este de aproximativ
300000 km/s, aceasta diferenta nu altereaza cu nimic meritul lui Römer, deoarece esenta rationamentelor a ramas aceeasi.
A doua determinare a vitezei luminii a fost facuta in anul 1728 de astronomul James Bradley cu scopul de a lamuri daca exista sau nu
o miscare aparenta a stelelor, pe bolta cereasca. Pentru a explica legile care guverneaza miscarea aparenta a stelelor pe bolta cereasca,
Bradley a presupus ca lumina are o viteza finita de propagare. Bazat pe aceasta ipoteza Bradley a ajuns la concluzia ca viteza luminii
este de 10
4 mai mare decat viteza orbitala a Pamantului fiind egala cu 303000 km/s.
Prima incercare reusita de masurare a vitezei luminii in conditii terestre a fost efectuata de fizicianul francez
Armand Hipolyte Fizeau, in anul 1849. Schema experimentului lui Fizeau este reprezentata in figura. Lumina emisa de sursa S cade pe
o oglinda semitransparenta P . Razele reflectate de aceasta ajung pe oglinda M (distanta dintre cele doua oglinzi este de 8,63 km),
dupa ce au traversat spatiul dintre dintii unei roti dintate R. Razele reflectate de oglinda M trec din nou printre dintii rotii
dintate si ajung pe oglinda semitransparenta P. Razele transmise de aceasta sunt observate cu ajutorul telescopului T. Pentru a
masura viteza luminii Fizeau a pus in miscare de rotatie roata dintata cu o turatie care putea fi variata. In cazul unei valori
mici a turatiei, in intervalul de timp in care fasciculul de lumina strabate distanta dela roata dintata la oglinda M si inapoi
la roata, dintele din imediata vecinatate a intervalului prin care a trecut fasciculul incident efectueaza o mica deplasare,
ingustand astfel intervalul prin care trece fasciculul reflectat inapoi. In consecinta, intensitatea fasciculului de lumina
receptionat de ochiul observatorului scade in comparatie cu situatia in care roata era in repaus. Daca turatia rotii creste,
atunci se poate ajunge la situatia in care in intervalul de timp necesar propagarii luminii dus-intors de la roata la oglinda M,
roata dintata sa se deplaseze cu un dinte. In acest caz intensitatea luminii observate este nula (apare prima intunecare).
Daca turatia rotii se dubleaza, atunci imaginea receptionata are un maxim de intensitate, deoarece la revenirea in dreptul
rotii dintate lumina gaseste un spatiu liber, aceasta rotindu-se cu un dinte si un interval dintre dinti. Daca turatia se
tripleaza, apare o noua intunecare numita intunecare de ordinul doi. Daca turatia creste de patru ori, apare un nou maxim
luminos s.a.m.d. Pentru a obtine primul maxim luminos roata trebuie rotita cu o turatie n = 25 s
-1. In timp ce
lumina parcurge distanta 2D = 2·8,63 km, roata se roteste cu un dinte si cu un interval dintre dinti, adica cu unghiul
la centru α = 2π/2z (z = 720 →numarul total de dinti). Avand in vedere ca turatia reprezinta numarul de rotatii
efectuate in unitate de timp, rezulta ca pentru a se roti cu unghiul α, rotii ii trebuie timpul t = 1/2zn, deoarece
intr-o secunda roata se roteste cu un unghi egal cu 2πn . Impartind distanta parcursa de lumina 2D la timpul t = 1/2nz se
obtine
c = 2Dzn
Facand inlocuirile se obtine c = 315000 km/s.
Despre polarizarea luminii cerului si dispersia luminii
¤ . . . albinele se orienteaza in zborul lor dintre stup si sursele de polen cu ajutorul polarizatiei cerului; ochii albinelor inglobeaza dispozitive sensibile la polarizarea
luminii (in lumina care nu este polarizata vectorul intensitatea campului electric oscileaza pe orice directie dintr-un plan normal la directia de propagare, in timp ce in lumina polarizata are o singura directie de oscilatie sau anumite directii privelegiate).
¤ . . . Maxwell a aratat ca unda electromagnetica se propaga intr-un mediu oarecare cu viteza v = c/√ε
r·μ
r;
n = √ε
r·μ
r.
¤ . . . daca folosim relatia n = √ε
r·μ
r pentru a calcula indicele de refractie al apei, inlocuind ε
r =81 si μ
r = 1, se obtine n = 9.
¤ . . . experimental indicele de refractie al apei este de 4/3 sau 1,33.
¤ . . . aceasta neconcordanta apare datorita faptului ca permitivitatea electrica relativa, ε
r si permeabilitatea magnetica relativa, μ
r au fost masurate in campuri electrice si magnetice statice.
¤ . . . in campuri electrice si magnetice alternative, in vid, aceste marimi nu depind de frecventa
¤ . . . in alte medii materiale aceste marimi ε
r si μ
r
, deci si indicele de refractie n depin de frecventa cu atat mai mult cu cat frecventa este mai mare.
¤ . . . dependenta indicelui de refractie de lungimea de unda a luminii se numeste dispersie.
¤ . . .dispersia de fapt este descompunerea luminii albe in radiatii simple monocromatice.
