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자연과학 자료등록 물리학 실험 – 빛의 속도 측정 예비+결과 보고서

[자연과학] 물리학 실험 – 빛의 속도 측정 예비+결과 보고서

빛의 속도 측정
예비 보고서
1. 실험목적

공기와 물과 그리고 합성수지에서 빛의 속도를 측정하고 이로부터 굴절률을 구해본다.

2. 실험원리
①과거에 행해진 빛의 속도를 측정하려는 시도.
1)갈릴레이의 측정
갈릴레이는 거리를 알고 있는 두 산의 정상 사이를 빛이 진행하는 데 거리는 시간을 측정하여 빛의 속력을 측정하고자 시도하였다. 그는 한 정상에 보조자 한사람을 있게 하고, 다른 정상에 자신이 올라가 보조자가에게 갈릴레이의 등불로부터 불빛을 보자마자 그의 등불 덮개를 걷어 올리라고 하였다. 갈릴레이는 자신이 등불을 들어올린 시각과 보조자가 등불로부터 나온 빛을 보았을 때의 시간 차이를 측정하였다. 그 시간은 너무 짧았으며, 갈릴레이는 이 측정치가 단순히 인간의 반응시간을 측정한 것에 불과하므로 빛의 속력은 무한히 빠르다고 결론지었다.
2)뢰머의 광속도 측정
1676년 뢰머는 목성 위성(Io 평균 주기 42.5시간)의 식의 시각에 대하여 계산과 관측에 주기적인 오차가 생기는 사실을 통해서 빛의 속도를 측정하였다. 뢰머는 처음으로 빛의 속도가 유한하다는 첫 번째 성공적인 측정을 하였다. 뢰머는 자구와 목성의 상대적 운동에 따라서 Io의 주기가 조금씩 다르게 측정되는 사실에 관심을 두었다. 지구가 목성으로부터 멀어질 때에는 그 위성의 주기가 조금 길어지고, 지구가 목성 쪽으로 움직일 때에는 그 주기가 조금 짧아진다. 그는 이러한 변동이 목성으로부터 지구가 멀어짐으로써 증가된 만큼의 거리를 빛이 진행하기 위하여 필요로 하는 여분의 시간 또는 두 행성이 서로 접근함으로써 감소되는 만큼의 거리에 해당하는 시간 단축에 기인한다고 하였다. 그리고 뢰머가 측정한 빛의 속도는 였다.
3)피조의 측정
1849년 피조는 회전 톱니바퀴를 이용하여 지상에서 최초로 광속도를 측정하였다.
광원에서 나온 빛을 반투명한 거울에 반사하여 고속도로 회전하는 톱니바퀴의 톱니 부분을 지나게 설치한다. 그리고 어떤 순간 톱니틈을 지난 빛이 거울에 반사하여 길이 을 지나서 다시 그 톱니를 지날 때, 틈의 이웃틈이 오기 전에 통과하게 되는지를 가지고 빛의 속도를 측정하였다. 만약 이웃틈이 오기 전에 다시 돌아오게 되면, 밝은 빛을 볼 수 있고, 이웃틈에 의해서 막히게 되면, 어두어 짐을 관찰 할 수 있다. 그래서 톱니바퀴의 회전 속도를 조절하면서 측정하였다. 만약 톱니바퀴의 총 개수가 N개이고, 매초 회전수가 이고, 왕복하는 길이가 이면, 을 왕복하는 데 걸리는 시간은 이다. 이를 통해서 빛의 속도를 측정할 수 있었다. 피조의 실험에서 얻어진 빛의 속도는 이다. 하지만 이 실험설계는 톱니의 회전 주기가 매우 빨라야 했고 실외에서 매우 긴 거리를 진행해야 했기 때문에 오차가 많이 생긴 실험이다.
4)푸코 측정
1850년 푸코는 톱니바퀴 대신 회전하는 거울을 사용하여 최초로 실내에서 실험하는 데 성공하였다. 또, 빛이 지나는 경로의 도중에 물을 장치하여 물 속에서의 빛의 속도를 측정한 결과 공기 중의 광속의 이 됨을 알아 내었다. 이 사실은 호이겐스의 파동설에 의한 굴절 이론이 옳다는 것을 보여 주어 다음부터 빛의 파동설을 믿게 되었다.
5)마이켈슨의 측정
마이켈슨은 푸조의 실험장치를 좀 더 개량하였다. 마이켈슨은 8각회전거울을 사용하였다. 광원으로부터 나온 빛은 8면회전거울의 어느 한 면에 닿아 반사되고, 반사된 빛은 계속 진행하여 아주 멀리 떨어져 있는 고정 거울에 이른 후 다시 회전거울로 돌아온다. 만약 회전거울을 적당한 비율로 회전을 유지시켜 준다면 되돌아오는 빛이 거울의 어느 한면에서 다시 반사되어 관측자가 들여다보고 있는 작은 망원경으로 들어가도록 할 수 있다. 그러나 회전거울의 속력이 조금이라도 달라지면 빛살은 한쪽으로 빗나가게 될 것이고, 관측자는 그 빛을 볼 수 없게 된다. 관측자가 빛을 관찰할 수 있는 회전거울의 속력과 고정거울까지의 거리를 앎으로써 빛의 속력을 계산할 수 있다. 1920년대에 마이켈슨은 남 캘리포니아의 윌슨 산 정상에 회전거울을 설치하고, 고정거울을 35km 떨어진 발

자료출처 : http://www.ALLReport.co.kr/search/Detail.asp?xid=a&kid=b&pk=15031812&sid=tjr6155&key=

[문서정보]

문서분량 : 9 Page
파일종류 : HWP 파일
자료제목 : 자연과학 자료등록 물리학 실험 – 빛의 속도 측정 예비+결과 보고서
파일이름 : [자연과학] 물리학 실험 – 빛의 속도 측정 예비+결과 보고서.hwp
키워드 : 자연과학,물리학,실험,빛,속도,측정,예비+,자료등록,빛의,예비+결과
자료No(pk) : 15031812

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