Wydział EEIA
semestr I rok akademicki 2010/2011
ocena _____
1.Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie prędkości światła w powietrzu i innych ośrodkach przy pomocy metody korzystającej z modulacji natężenia wiązki światła.
2.Wstęp teoretyczny
Istota pomiaru polega na określeniu czasu, w jakim światło przybywa określaną drogę L. Czas ten jest bardzo krótki, więc do jego wyznaczenia stosuje się następującą metodę. Jako zródła światła używa się diody, która wysyła promieniowanie o natężeniu modulowanym z częstością f równą około 50 MHz. Światło dochodzi do zwierciadeł. Odbija się, wraca i jest odbierane przez detektor. Pomiędzy sygnałami występuje różnica faz związana z opóźnieniem o czas w jakim światło pokonało tą drogę. Czas ten można obliczyć mierząc różnice faz. Mierząc odpowiednią odległością i znając czas jej pokonania można prosto obliczyć prędkość fali świetlnej.
3. Obliczenie prędkości światła w powietrzu.
x = (x2−x1) = (143[cm] − 1, 89[cm] = 141[cm]
x2=143[cm]
x1=1,9 [cm]
∆x=141 [cm]
C=4f·∆x
więc
f=50,1[MHz] = 50 100 000 [Hz] (Hz=1/s)
∆x=141[cm] = 1,41 [m]
C= 4 · 50 100 000[Hz] · 1,41[m] = 282 564 000 [m/s]
4.Obliczenie prędkości światła w wodzie.
Lm- długość kuwety = 101,5[cm] = 1,015 [m]
x = (x2−x1) = (118,35[cm]−100,5[cm]) = 17, 9[cm]
x2=118,35[cm]
x1=100,5[cm]
$$n = \frac{2x}{\text{lm}} + 1$$
więc
$$n = \frac{2 \times 17,9\left\lbrack \text{cm} \right\rbrack}{101,5\left\lbrack \text{cm} \right\rbrack} + 1 = 1,353\ \left\lbrack \text{bez\ jednostki} \right\rbrack$$
$$C_{M} = \frac{C}{n} = \frac{282\ 564\ 000\frac{m}{s}}{1,343\lbrack\rbrack} = 210\ 397\ 617\frac{m}{s}$$
5. Wnioski.
Dokładność pomiaru prędkości światła uzyskana przy pomocy modulacji korzystającej z modulacji natężenia wiązki światła jest naznaczona błędem, które mogą być spowodowane niedokładnością pomiaru odległości poszczególnych punktów. Przyczyną takiego stanu jest niedokładność przyrządów pomiarowych, oraz niedokładny odczyt. Kolejną rzeczą mającą wpływ na dokładność wyniku jest ustawienie amplitud w „fazie” i „przeciwfazie”. Amplitudy sygnałów powinny być ustawione pod kątem 45®, nie zawsze jest dokładnie ten kąt. Złe ustawienie kąta może być spowodowane niedokładnością ludzkiego oka.