Forside Søgning Brugsanvisning Liste

Hippolyte Fizeaus måling af lysets hastighed

Ole Rømer havde allerede i 1676 betemt lysets hastighed til 293000 km/sek, der er link for oven. Newton og Huygens værdsatte Rømers resultat, men senere vakte Rømers resultat ikke stor opmærksomhed, bl.a. fordi man jo ikke vidste, hvor stor betydning lysets hastighed har i fysikken. Rømers metode var astronomisk, og det var svært at forestille sig, hvordan en hastighed af denne størrelse kunne måles ved et eksperiment her på Jorden.

Ikke desto mindre var det det, som Fizeau gjorde i 1849. På billedet herunder viser vi Fizeaus forsøgsapparat:

Apparatet består af to dele, som er anbragt næsten 9 km fra hinanden. Røret til venstre er anbragt i Paris, og den mere komplicerede del til højre er anbragt uden for byen. Jeg gætter på, at det var bedst at udføre forsøget om natten. Oppe til højre er de lyskilde, der sender lys ned i det lodrette rør. Her sidder der to svage samlelinser, der samler lysstrålerne i et brændpunkt, som vi kalder P. Men inden de når P rammer lyset en glasplade, som hælder 45°. Glaspladen virker dels som spejl, men den er halvvejs gennemsigtig. Så halvdelen af lyset fortsætter nedad til bunden under M, og det er vi ligeglade med. Det tilbagekastede lys fortsætter til venstre gennem det vandrette rør. Et lille stykke inde passerer det brændpunktet P, og i det øjeblik det går ud i nattemørket passerer det en samlelinse, der omdanner lyset til et parallelbundt.

Og så er det planen, at lyset inde i Paris skal ramme det vandrette rør, som ses til venstre på figuren. Og det er jo let nok at skrive her, men man kan forestille sig, at det kræver meget stor nøjagtighed i placeringen af de to dele af apparatet i forhold til hinanden, og en tilsvarende høj kvalitet af samlelinserne.

I mundingen af røret til venstre sidder der en samlelinse, hvis brændvidde er rørets længde. Derfor rammer lyset et spejl i rørets bund. Herfra fortsætte lyset hele vejen tilbage igen, det passerer brændpunktet P, og en del af lyset passerer det halvgennemsigtige spejl. Så samles det af et par linser, og det kan iagttages af øjet helt til højre.

Nu kommer vi så til mekanismen nederst til højre. Det er en slags urværk. Med det urværk kunne Fizeau få det store tandhjul øverst til venstre på urværket til at rotere med en omløbstid, som Fizeau kunne bestemme. Pointen er nu, at dette tandhjul stikker op i strålegangen for oven, sådan at det i en vis stilling tillader lyset at passere hen til øjet, sådan som man kan se det på figuren her til højre. Men hvis man så drejer tandhjulet ½ tand frem, så vil den øverste tand forhindre, at der når noget lys hen til øjet. Fizeau startede nu en meget langsom rotation af tandhjulet. Så langsom, at lyset kunne nå frem og tilbage i samme tandmellemrum.

Når det var gjort øgede han forsigtigt rotationshastigheden indtil lyset for første gang blev stoppet, og øjet kunne ikke se noget lys. Når han så holdt denne rotationshastighed konstant på værdien 12,67 omdrejninger pr sekund kom der med mellemrum lys frem til Paris, men lyset blev hver gang stoppet, inden det nåede frem til øjet. Så er det altså sådan, at i den tid T det tager for tandhjulet at dreje ½ tand frem kan lyset nå frem til Paris og tilbage igen, altså 17266 meter, og så må man jo kunne regne lysets hastighed ud! Selve udregningen er lidt besvælig, men det vigtige er at forstå, at Fizeau kunne udregne lyshastigheden. Det foregår imidlertid således:

Da lyset blev stoppet var rotationshastigheden 21,67 omdrejninger i sekundet. Tandhjulet havde 720 tænder. Derfor er T = 1/2 × 1/720 × 1/12,67 = 1/18244 Sek. På 1 sek. bevæger lyset sig altså 18244 gange 17266 altså 315000 km/sek.

Vore dages værdi af lysets hastighed er 299792,458 km/sek, så Fizeaus resultat er meget tilfredsstillende.

På Wikipdia er der et billede, der viser et lidt anderledes apparat, end det vi har fra LaCour. Forskellen er, at man her kigger ned på spejlet ovenfra, mens lyskilden er placeret på den vandrette linje. Jeg tror ikke, at det vil gøre nogen forskel i praksis.

Hvis du støder på et ord, hvis betydning du ikke kender, så søg på ordet.