IŞIK HIZININ ÖLÇÜLMESİ-2: Yerüstü Metodlar

FİZEAU METODU:1849 yılında Fizeau ışığın Yer yüzeyindeki yayılma hızını dişli çark yöntemi ile ölçmüştür. Fizeau deneyi Fransa’da yapılmıştır. Gözlemci Suresness şehrinde iken kendisinden 8633 metre uzağa Montmarte’ye bir ayna yerleştimiştir. Kaynaktan çıkan ışık 720 diş bulunduran bir dişli çarktaki bir boşluktan geçerek yaty doğrultuda yayılarak uzak mesafedeki aynaya çarparak geri gelecek ve çark hareketsiz ise çarkın aynı deliğinden geçerek yarı geçirgen (sırsız) camın arkasındaki gözlemciye gelecektir.

fizeauexpt

(Resim: http://skullsinthestars.com/2008/03/21/relativity-measuring-the-speed-of-light/)

Ancak deneyin yani hız tespitini mümkün kılan, çarkın döndürülmesidir. Çark döndürüldüğünde, ışığın dağdaki aynaya çarpıp geri gelmesi sırasında çark döndüğü için aynı boşluğa değil ardışık boşluklardan birine rastgelecek ve gözlemci yine ışığı gördüğü için çarkın döndüğünü farketmeyecektir. Ancak çarktaki boşluğa değil engele rastgelirse ışık tutulmuş olacak yani gözlemci ışığı göremeyecektir.

Bu temel yaklaşıma, çarkın devir hızı ile alınan yol ve ışık hızı arasında bir bağlantı kurulabilir. Tekrar ışığı gördüğü durum varsayılırsa 1/2×720 yani 1/1440 devir yapmış olması gerekir. Işığın gözlemciye ulaşma süresi 2×8633/c saniye olur (c:ışık hızı). Fizeau’nun ışık hızının bugünkü bilinen değerine yakın bir değer bulabilmesi için çarkın;

1/1440 / 2×8633/299 792 458 = 12,0578 s/devir

hızla dönmesi gerekir.

Ancak çarkın devir hızını ayarlayarak tedricen oluşan tutulma ve görülme olaylarını ayarlama oldukça zordur. Ayrıca yukarıdaki şeklin pratikte bir önemi yoktur. Çünkü dönüşte gözlemciye gelen ışının miktarı olukça düşüktür. Bunun miktarını artırabilmek için Fizeau paralel demetler kullanıyor yani ışığı kaynaktan sonra bir mercekten geçiriyordu. Aynaya gelmeden ikinci bir mercek ışığı toplayarak odak noktasındaki aynaya topluyordu. Fizeau’nun elde ettiği 315 364 km/s değeri bugünkü değerden oldukça uzak olsa da; deneyinde kullandığı yaklaşımlar Cornu’ya (1874) ilham vermiş ve Cornu bu deneyi 23 km’lik uzaklık için defalarca tekrarlayarak 300400 ± 300 km/s gibi ışık hızının bugünkü değerine oldukça yakın bir değer elde etmiştir.

FOUCALT METODU:1862 yılında Foucalt; Arago, Fizeau ve Breguet’in yöntemlerinden yararlanarak dönen ayna metodu ile ışığın hızını hesaplamıştır.

foucault

(Resim: http://www.pas.rochester.edu/~pavone/particle-www/teachers/demonstrations/FoucaultDemonstration.htm)

Şekilde gösterildiği gibi yatay düzleme dik bir eksen etrafında (θ açısı ile gösterilen şekilde) dönebilen düz ayna üzerine, ışık kaynağından gönderilen ışın yansıyarak iç bükey (konkav-concave) bir ayna üzerine aynanın merkezinden gelmek üzere düşürülür. İç bükey ayna bu ışını yansıtarak tekrar merkez üzerinden geri gönderir. Dönen ışın yine sırsız bir camla izlenir. Eğer ayna dönmüyorsa ışın aynı doğrultudan geri döner, ayna oldukça hızlı dönüyorsa yansıttığı ışın gözlemcinin bulunduğu noktadan θ açısı kadar sapacaktır. Ayna ω açısal hızı ile dönüyorsa;

θ = ω x t

açısı kadar dönmüş olacaktır. İlk ve ikinci durumdaki ışınlar arasındaki açı ise α=2θ olacaktır. Aynanın döndüğü θ açısı deneysel olarak bulunabilir ve aynanın saniyedeki devir sayısı da n ise açısal hızı

ω = 2π x n  ve t= 2D/c

(c:ışık hızı) olacaktır.  Buna göre;

2D/c x 2π x n  = θ = α/2

olarak bulunur. D, n ve θ bilindiğinde c hesaplanabilir. Faucoult ilk deneylerinden birinde c= 310 500 km/s bulmuş olsa da deneylerini geliştirdikçe ışık hızı için 298 000 km/s değerine ulaşmıştır.

Dr. Fikret KORUR

Yazının üçüncü bölümü için TIKLAYINIZ (Modern Metodlar)