Embedded Files
Als je in een donkere kamer het licht aan doet lijkt het alsof het licht geen tijd nodig heeft om jou te bereiken. Het licht lijkt meteen de kamer te vullen en de snelheid van het licht lijkt daarom wel oneindig groot te zijn. Toch waren de Oude Grieken al zover dat zij niet geloofden dat licht zich oneindig snel voortplant. De eerste die dit experimenteel liet zien was de Deen Ole Rømer. In 1676 ontdekte hij onregelmatigheden in de maansverduisteringen van een maan van de planeet Jupiter. De tijdstippen waarop deze maansverduisteringen op aarde zichtbaar zijn waren in die tijd al berekend en bekend. Maar Ole Rømer merkte dat de werkelijke tijdstippen soms voor liepen op het berekende schema en soms achterliepen op het berekende schema. Hij ontdekte dat het tijdstip waarop de maan achter Jupiter verdween steeds later viel naarmate de afstand tussen de aarde en Jupiter toenam en vroeger als de afstand weer kleiner werd (zie ook afbeelding 2). Het grootste gemeten tijdsverschil was ongeveer 22 minuten. Die tijd had het licht kennelijk nodig om de afstand af leggen tussen A1 en A2 (de diameter van de cirkelvormige baan die de aarde om de zon beschrijft). De conclusie was dan ook dat licht tijd nodig heeft om een afstand af te leggen. De lichtsnelheid is dus niet oneindig groot. Ole Rømer kon destijds de snelheid van het licht nog niet berekenen, omdat de afstand van de aarde tot de zon nog niet bekend was. Enige jaren later werd deze afstand bekend en kwam Christiaan Huygens tot een lichtsnelheid (symbool c) van 225 000 km/s.
Afbeelding 2: De aarde (A) draait om de zon. In een halfjaar verplaatst de aarde zich van A1 naar A2 en is Jupiter van J1 naar J2 gegaan.
Opdracht 1
Uit de resultaten van Rømer berekende Huygens de lichtsnelheid. Hij kwam uit op een snelheid van 225 000 km/s. Laat met een berekening zien welke straal van de baan van de aarde om de zon Huygens waarschijnlijk gebruikt zal hebben.
Léon Foucault gebruikte in 1862 een opstelling met een heel snel ronddraaiend spiegeltje om de lichtsnelheid te meten. Zie afbeelding 3. Foucault kwam uit op een lichtsnelheid c van 298 000 km/s. In 1887 vond Albert Michelson een nog nauwkeuriger methode om de lichtsnelheid te meten; hij kwam uit op een lichtsnelheid van 299 798 km/s. Dankzij het werk van Michelson was een methode ontwikkeld om de lichtsnelheid met grote nauwkeurigheid (binnen 0,01%) te meten.
Afbeelding 3: meetopstelling van de lichtsnelheid door Foucault. Een lichtstraal vanuit L weerkaatst tegen een ronddraaiend spiegeltje (A) richting een gebogen spiegel (B). De lichtstraal weerkaatst tegen spiegel B terug naar spiegeltje A, die in de tussentijd over een hoek α gedraaid is. De lichtstraal komt uiteindelijk terecht in punt Q. (Voor de duidelijkheid is hoek β overdreven groot getekend.)
Opdracht 2
Bekijk afbeelding 3. De lichtstraal uit bron L weerkaatst eerst tegen het ronddraaiende spiegeltje A richting een gebogen spiegel (B). De lichtstraal weerkaatst vervolgens tegen spiegel B en keert terug naar spiegeltje A, die in de tussentijd over een hoek α gedraaid is. Daardoor wordt het licht niet terug naar de bron weerkaatst, maar naar punt Q. Uit het toerental van het spiegeltje en de hoek β=2α kon Foucault de tijd bepalen die het licht nodig heeft voor het overbruggen van de afstand van M naar P en terug.
Foucault gebruikte een afstand MP=600 m. De spiegel draaide rond met een toerental van 256 omw/s. Daarbij vond hij voor de hoek α een waarde van 0,3700 graden.
a Controleer dat voor het tijdverschil tussen twee weerkaatsingen in M geldt:
∆t = 4,01∙10-6 s
b Bereken daarmee de lichtsnelheid.
Om te onthouden
Licht plant zich in vacuüm voort met een snelheid van (afgerond) 3,0 ·108 m/s.
De lichtsnelheid wordt aangegeven met het symbool c.
De lichtsnelheid in vacuüm is 299 792 458 m/s (zie ook Binas tabel 7A). In doorzichtige gassen, vloeistoffen en vaste stoffen is de lichtsnelheid altijd kleiner dan in vacuüm. Hoe dat precies zit wordt in de paragraaf over golfgeleiders uitgelegd. Hoewel de lichtsnelheid in lucht officieel iets kleiner is dan in vacuüm is het verschil zo klein dat je voor de lichtsnelheid in lucht in deze lesmodule de waarde 3,0 108 m/s mag nemen.
Page updated
Google Sites
Report abuse