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.

참고 자료

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