محاسبه سرعت نور

اولين كسي كه براي محاسبه ي سرعت نور اقدام كرد، گاليله بود. وي به اتفاق همكارش براي اندازه گيري سرعت نور اقدام كردند. روش كار به اين طريق بود كه همكار گاليله در حاليكه فانوسي در دست داشت بالاي تپه اي ايستاده بود و گاليله بالاي تپه اي ديگر. هر دو با خود فانوسي داشتند كه روي آن را پوشانده بودند. دستيار وي به مجرد آنكه نور گاليله را مي ديد، با برداشتن پرده از روي فانوس خود به گاليله علامت مي داد. گاليله اين آزمايش را با فواصل بيشتر و بيشتر تكرار كرد، اما نتوانست اختلاف زماني بين برداشتن پرده از روي فانوس خود و دستيارش به دست آورد و سرانجام گفت كه سرعت نور خيلي زياد است.

نخستين بار سرعت نور در سال 1676 توسط رومر (Romer) با استفاده از ماه گرفتگي محاسبه شد و معلوم گشت كه سرعت نور نيز محدود است. عددي را كه رومر به دست آورد 215 هزار كيلومتر بر ثانيه بود. اين عدد آنقدر بزرگ بود كه معاصران وي آن را باور نمي كردنددر سال 1726 برادلي با استفاده از تغيير وضعيت ستارگان نسبت به زمين سرعت نور را محاسبه كرد و عدد سيصد هزار كيلومتر بر ثانيه را به دست آورد.

نخستين بار فيزيو با ستفاده از روش غير نجومي و اصلاح روش گاليله سرعت نور اندازه گيري كرد و مقدار آن را سيصد و سيزده هزار كيلومتر بر ثانيه به دست آورد. بتدريج همراه با پيشرفت وسائل اندازه گيري هاي زيادي انجام شد و امروزه مقدار سيصد هزار كيلومتر بر ثانيه پذيرفته شده است .

در زمان فرنل اين سئوال مطرح بود كه آيا حركت زمين در ميان اتر موجب ايجاد اختلافي قابل مشاهده بين نور چشمه ي زميني و چشمه هاي فرازميني مي شود يا نه؟ آراگو به طور تجربي دست به آزمايش زد و دريافت كه هيچگونه اختلافت قابل مشاهده اي در اين زمينه وجود ندارد. رفتار نور چنان بود كه گويي زمين نسبت به اتر بي حركت است.

فرنل براي توضيح آن اظهار داشت كه نور هنگام عبور از يك ماده ي شفاف متحرك كشيده مي شود و رابطه زير را ارائه داد:

v=c/n + or - vw(1-1/n^2)


كه در آن v=c/n , vw سرعت نور در يك محيط غليظ مثلاً آب است و سرعت آب و جمله ي بعدي به دليل حركت آب نسبت به وجود مي آيد.

در هر محيط مادي سرعت نور و طول موج آن مقدارشان از مقدار خلا كمتر است كميتي كه در هر محيطي ثابت مي ماند فركانس نور هست. فركانس نور با طول موجش نسبت عكس دارد:

(V=F L) كه در آن F معرف فركانس و L معرف طول موج و V معرف سرعت نور در محيط مادي مي باشد .

در اپتيك خواص محيط در يك طول امواج را مي توان توسط يك پارامتر يعني نسبت سرعت نور در خلا به سرعت نور در محيط توصيف نماييم. اين پارامتر ضريب شكست نام دارد.

(n=c/v) بنابر اين در يك محيط مادي داريم (V=F L ) كه در اين رابطه (n) اين ضريب شكست تنها كميتي است كه براي محاسبه رفتار نور در محيط مورد نياز هست. از آنجايي كه سرعت نور در محيط هاي مختلف متفاوت است ،تعيين مسير پيشروي نور رديايي پرتو) كه از ميان محيط هاي مختلف طي مسير مي كند مشكل مي باشد.