Celem ćwiczenia jest wyznaczenie prędkości światła i współczynnika załamania światła dla ciała stałego, by móc policzyć prędkość światła w ośrodku.

Metoda pomiarowa to metoda figur Lissajous, która opiera się na obserwowaniu zachowania (kształtu i orientacji) figur Lissajous na ekranie oscyloskopu, zarówno kiedy na torze wiązki światła nie stoi żadna przeszkoda, tak i wtedy kiedy stawiamy przezroczysty blok z tworzywa sztucznego.

Wyniki pomiarów:

Bez przeszkody
x [cm]		Δ x [cm]
1		149
150
2				146
148
2,5				147
149,5
3				147,5
150,5
9				149
158
4				147
151
6				146
152
5				147,5
152,5
Z przeszkodą
x [cm]	Δ x [cm]
58	9
67
46			9
55
56			9
65
61			9
70
67,5			8,5
76
73			9
82
77			8,5
85,5
80			9
89

Obliczenia:

1. Obliczanie prędkości światła w powietrzu

Δ l - zwiększenie drogi światła w powietrzu

Δ l = 2 Δx

Δ x - przyrost drogi światła

Δx = x₂ - x₁

Δ t - przyrost czasu

Δ t = 1 / 2f

f - częstotliowść modulacji

f = 50,1 MHz = 50,1 • 10⁶ Hz

c - prędkość światła w powietrzu

c = Δl / Δt = 4 f Δx

Lp.	Δ x [m]	f [MHz]	c [m/s]
1	1,49	50,1	298,596 •10^6
2	1,46	50,1	292,584 •10^6
3	1,47	50,1	294,588 •10^6
4	1,475	50,1	295,590 •10^6
5	1,49	50,1	298,596 •10^6
6	1,47	50,1	294,588 •10^6
7	1,46	50,1	292,584 •10^6
8	1,475	50,1	295,590 •10^6

1. Średnia wartość przyrostu drogi i jej błąd

Δx = (147,38 ± 0,97) cm

2. Średnia wartość prędkości światła w powietrzu i jej błąd

c = (295 ± 2) • 10⁶ m/s

2. Obliczanie współczynnika załamania światła dla ciała stałego

c - prędkość światła w powietrzu

c_M - prędkość światła w bloku ciała stałego

c_M = c / n

l_m - długość przezroczystego bloku

l_m = 28,5 cm = 0,285 m

Δx - przyrost drogi światła

Δx = x₂ - x₁

n - współczynnik załamania światła

n = c / c_m = (2 Δx / l_m) +1

Lp.	Δ x [m]	lm [m]	n	cM [m/s]
1	0,09	0,285	1,632	183,010 •10^6
2	0,09	0,285	1,632	179,326 •10^6
3	0,09	0,285	1,632	180,554 •10^6
4	0,09	0,285	1,632	181,168 •10^6
5	0,085	0,285	1,596	187,033 •10^6
6	0,09	0,285	1,632	180,554 •10^6
7	0,085	0,285	1,596	183,267 •10^6
8	0,09	0,285	1,632	181,168 •10^6

1. Średnia wartość przyrostu drogi światła i jej błąd

Δx = (8,9 ± 0,2) cm

2. Średnia wartość prędkości światła dla ciała stałego i jej błąd

c_M = (182,1 ± 2,2) • 10⁶ m/s

Wnioski:

Stabelaryzowana prędkość światła w próżni wynosi 299 792 458 m/s, oczywistym jest fakt, że nie uda nam się uzyskać dokładnie takiego wyniku, mierząc prędkości światła w powietrzu, jak i dla ciała stałego. Możemy, jedynie otrzymać wyniki mniejsze.

Prędkość światła w powietrzu po uśrednieniu wynosi c = (295 ± 2) • 10⁶ m/s, natomiast dla ciała stałego jest znacznie mniejsza c_M = (182,1 ± 2,1) • 10⁶ m/s. Wartości te wynikają z faktu, że gęstość próżni jest mniejsza od gęstości powietrza, a znacznie mniejsza od gęstości bloku ciała stałego.

---