부산대 물리실험 3 광학실험 빛의 속도 측정

목차

1. 실험 목적
2. 실험 이론
3. 실험 방법
4. 측정값
5. 실험 결과
6. 결론 및 검토
7. 질문 및 토의
8. 참고 문헌 및 출처

본문내용

▣ 실험 목적

1. 공기 중 빛의 속도를 변조 방법(modulation method)으로 측정하고, 투명 고체 매질 안에서 빛의 속도를 측정하여 굴절률을 구해본다.

▣ 실험 이론

빛의 속도 측정
그림 1
그림 2

이번 실험에서는 Oscilloscope에 리사주 도형을 쓰지 않고 사각파로 직접 위상 차이를 볼 수 있다.

<중 략>

3. 빛의 속도를 측정하는 방법 중 변조법 외에 어떤 방법(Romer, Fizeau, 다른 현대적인 방법들)이 있고 장단점은 무엇인가?

1610년 갈릴레오 갈릴레이는 목성 주위의 네 개의 달을 관측하였고, 이들 각각이 목성 주위를 도는 데 걸리는 시간을 확실히 예측할 수 있다고 했다. 즉 목성계는 올바른 표를 참고하여 지구의 어느 위치에 있든 목성이 보인은 곳이라면 목성의 위성들의 위치를 이용해 지구상 어느 곳의 시간이든 댈 수 있다는 것이다. 당시 이 방법으로 대양에 나간 선박의 경도를 알아낼 수 있었으나 신뢰할 수가 없었다. 당시의 천문학자들은 달이 목성의 그림자 속으로 들어가 가려지는 정확한 순간의 시간을 쟀다. 결과는 어떤 때는 예상보다 더 빨랐고, 어떤 때는 더 늦었으나 일정한 경향을 가지고 있었다. Romer는 식 시간의 차이는 태양의 주위를 각각 돌고 있는 목성과 지구 사이의 거리가 달라진다는 것을 의미한다는 것을 알게 되었고 정보를 전해 주는 빛이 운행하는 거리가 더 길어졌다가 짧아졌다 하는 것을 이용하여 빛의 속도를 측정하였다.

1729년 영국의 천문학자 James Bradley는 한 해의 서로 다른 시점에 어떤 별들은 그것들의 정상적 위치에서 미묘하게 벗어나 있는 것처럼 보인다는 것을 알아차렸다. Bradley는 자신이 확인한 미세한 변위를 통해서 태양 주위를 공전하고 있는 지구의 속도와 빛의 속도를 비교할 수 있다고 주장했다. 그는 빛의 속도가 초속 30만 킬로미터라는 것을 알아냈고, 이 현상을 “광행차”라고 명명했다. 광행차란 관측자의 운동에 의해서 천체의 겉보기 위치가 영향을 받는 현상을 말한다.

참고자료

· 일반물리학 Fundamentals of Physics 개정8판 D. Halliday, R. Resnick, J. Walker
· 범한서적주식회사 2009
· 최신광학개론 Introduction to Optics 개정 3판 Frank L. Pedrotti 교보문고 2013
· 부산대 물리실험 3 읽기자료 빛의 속도 측정, 빛의 속력-사각파.pdf
· 변조 - 이학전자학 수업자료 참고.
· 빛의 속도 - 다빈치에서 허블 망원경까지 David Ellyard 고려대학교 출판부 2005