Патент на изобретение  RU 2124211 C1 МКИ G01P 15/00, G01J 7/00, бюллетень 36 от 27.12.98. Автор - Дубровин Александр Викторович.

"Способ определения скорости света в движущейся прозрачной среде для опыта Физо с использованием классической (нерелятивистской) физики"

Способ определения скорости света в движущейся прозрачной среде заключается в измерении скорости движения среды и коэффициента преломления света в ней. Скорость света в движущейся прозрачной среде определяют из выражения:

W=c(1-v/c)/{n(1-v(1-1/n)/c)}+v, где n - коэффициент преломления среды; v - скорость движения среды; с - скорость света в вакууме. Использование способа позволяет обосновать скорость света, полученную с классической (нерелятивистской) точки зрения. 2 ил.

Изобретение относится к области измерений, в частности к измерению скорости света в движущейся прозрачной среде.

При проведении патентных исследований аналогов предлагаемому способу не обнаружено.

Однако известен опыт, проведенный в 1851 г. французским ученым Физо. Как известно, скорость света в вакууме с=300000 км/с. Скорость света в воде u=с/n » 225 000 км/с, где n = 1,33 – коэффициент преломления воды. Чтобы определить скорость света в движущейся воде была собрана установка, показанная на фиг. 1. Свет, излучаемый источником света S, падает под углом 45⁰ на полупрозрачную плоскопараллельную пластину А. Часть энергии света проходит сквозь пластину и далее распространяется по пути 1 (сплошная линия), другая часть отражается и идет по пути 2 (пунктирная линия). По трубам Т₁ и Т₂ со скоростью v движется вода. Два разделенных луча в итоге сходятся в точке А, и затем параллельно идут к наблюдателю. Поскольку оба этих луча порождены одним источником, то они являются когерентными (строго совпадающими по частоте), и образуют так называемую интерференционную картину. Если скорость воды такова, что оба луча складываются синфазно, то в точке наблюдения будет светлое пятно, если лучи складываются в противофазе, то будет темное пятно. Зная длину волны света (0,4 мкм – фиолетовый цвет, 0,7 мкм – красный цвет) можно рассчитать изменение скорости света, обусловленного движением воды (скорость воды в опыте Физо изменялась до 7 м/с). Опытным путем было установлено, что скорость света в движущейся воде равна

W = u + v(1 - 1/n²). (1)

Данное выражение обосновывается с использованием специальной теории относительности (СТО) следующим образом.

Релятивистский закон сложения скоростей имеет вид [1, стр. 173]

W=(u + v)/(1 + u v/c²), (2)

где W – скорость движения тела (в нашем случае света в движущейся воде относительно неподвижного наблюдателя) в неподвижной системе координат, u - скорость движения тела (света) в движущейся системе координат, v – скорость движущейся системы координат (воды).

Так как скорость света в воде u = с/n, и так как v<<c, то выражение (2) можно переписать в виде

W » u + v(1 - 1/n²),

что совпадает с экспериментальным выражением (1).

Предлагается способ определения скорости света в прозрачной среде, позволяющий обосновать зависимость (1), опираясь исключительно на классическую (нерелятивистскую) физику.

Распространение света в движущейся прозрачной среде можно представлять как его прохождение между близко расположенными элементарными ретрансляторами (ЭР), каждый из которых вносит свою задержку Dt и ослабление, которое в данном случае учитывать не будем (фиг. 2). Пусть расстояние между двумя ЭР равно D_l, тогда время, затрачиваемое светом на прохождение расстояния D_l в случае, когда среда неподвижна, равно t _н=D_l /с+Dt . Отсюда можно получить скорость света в неподвижной среде

u=c/n=D_l /(D_l /с+Dt ), (3)

где n - коэффициент преломления среды. Следовательно Dt =D_l (n-1)/c.

Для движущейся среды на прохождение пути между ретрансляторами свету придется затратить время, равное

t _д=D_l /(с-v)+Dt = D_l (n-v(n-1)/c)/(c-v) (4)

(здесь предполагается, что скорости света и среды совпадают, в противном случае знак скорости v необходимо поменять на обратный), при этом свет пройдет расстояние, равное D_l +t_дv. Таким образом, скорость света в движущейся среде равна

W=c(1-v/c)/{n(1-v(1-1/n)/c)}+v. (5)

Полученное выражение позволяет обосновать зависимость (1) с классической (нерелятивистской) точки зрения.

Вспомним про геометрическую прогрессию, только в обратном порядке

1/(1-v(1-1/n)/c)=1 + v(1-1/n)/c + (v(1-1/n)/c)²+...,

поскольку v/c << 1, то в указанном ряде члены, начиная с третьего практически никакого влияния на общую сумму не оказывают, тогда

W » c(1-v/c) (1+v(1-1/n)/c) /n +v =

= c (1 - v/c + v(1-1/n)/c - v²(1-1/n)/c²) /n +v.

Учитывая опять, что v/c << 1 слагаемым v²(1-1/n)/c² можно пренебречь и тогда

W » c (1 - v/c + v(1-1/n)/c) /n +v = c/n+v(1-1/n²) = u + v(1 - 1/n²). (6)

что полностью соответствует экспериментальным данным, полученными в опытах Физо.

Формула изобретения

Способ определения скорости света в движущейся прозрачной среде, по которому определяют скорость движения среды и коэффициент преломления света в ней, отличающийся тем, что скорость света в движущейся прозрачной среде определяют из выражения

W=c(1-v/c)/{n(1-v(1-1/n)/c)}+v, где

n - коэффициент преломления среды;

v - скорость движения среды;

с - скорость света в вакууме.

(56) Савельев И. В. Курс физики.-М.: Наука, 1989.

Отклики и предложения прошу направлять по адресу

E-mail: radiytn@strogino.ru

Опыт Физо без теории относительности

Кликнете сюда и посмотрите много интересного