Η ενασχόλησή μας με το θέμα ξεκίνησε από την περιγραφή του πειράματος Fizeau στο βιβλίο γενικής παιδείας της Γ Λυκείου. Προσπαθώντας να αναπαράγουμε το πείραμα, διαπιστώσαμε ότι ήταν πολύ δύσκολο, αφού όπως αναφέρει και το βιβλίο έπρεπε να οδηγήσουμε μια δέσμη φωτός 8Κm μακριά να ανακλαστεί σε έναν καθρέπτη και να επιστρέψει περνώντας μέσα από τα δόντια ενός περιστρεφόμενου τροχού. Πείραμα που προφανώς η πραγματοποίησή του πολύ διαφέρει από την περιγραφή του μέσα από το σχολικό εγχειρίδιο.
Η μέθοδος που θα χρησιμοποιήσουμε εμείς είναι η εξής. Θα προσπαθήσουμε να μετρήσουμε τη συχνότητα και το μήκος κύματος της δέσμης λέιζερ και μετά από τη θεμελιώδη σχέση
θα προσδιορίσουμε την ταχύτητα του φωτός.
Η μέτρηση του μήκους κύματος βασίζεται στο φαινόμενο της συμβολής. Δημιουργήσαμε αρχικά με τη βοήθεια του σχεδιαστικού προγράμματος corel ένα φράγμα αποτελούμενο από παράλληλες γραμμές πάχους 0,2mm το οποίο εκτυπώσαμε με έναν εκτυπωτή μεγάλης ανάλυσης σε μια διαφάνεια. Περάσαμε τη δέσμη από το φράγμα και σε μία οθόνη που απείχε 1,4m δημιουργήθηκαν τρεις κηλίδες οι οποίες απείχαν 0,5cm. Από την παρακάτω ανάλυση έχουμε.
Φέρνουμε την ΒΓ
^ ΑΔ. Από τη γεωμετρία του σχήματος έχουμε ΒΔ» ΓΔ αφού η γωνία ΑΔΒ είναι πολύ μικρή. Για να έχουμε ενισχυτική συμβολή και μάλιστα την πρώτη ενισχυτική συμβολή μετά την κεντρική που είναι στο Ε, θα πρέπει η διαφορά των δρόμων των ακτίνων ΑΔ και ΒΔ να είναι ένα μήκος κύματος. Άρα ΑΓ=λ. από την ισότητα των γωνιών ΑΒΓ =ΔΑΕ έχουμε:
Θέτοντας τις τιμές ΑΒ=0,2mm , ΔΕ=0,5cm και ΑΕ=1,4m βρίσκουμε το μήκος κύματος της δέσμης λ=714nm.
Για την εύρεση της συχνότητας βασιστήκαμε στη συνθήκη του Bohr.
Ανοίγουμε το laser point και αφαιρούμε τις μπαταρίες του. Με δύο κορκοδειλάκια τροφοδοτούμε με μπαταρία 4,5V μέσω ενός ποντεσιόμετρου ώστε να μεταβάλουμε την τάση τροφοδοσίας, δημιουργώντας έναν διαιρέτη τάσης. Ελαττώνουμε σιγά-σιγά την τάση ως ότου το laser point να φωτοβολεί όσο το δυνατό ελάχιστα. Μετράμε αυτή την τάση. Η τάση αυτή βρέθηκε 1,8V. Η τάση αυτή δίνει την κατάλληλη ενέργεια σε ένα ηλεκτρόνιο ώστε να ανέβει οριακά στην ενεργειακή στάθμη από την οποία πέφτοντας θα δώσει ένα φωτόνιο στο ορατό φάσμα. Το φως βέβαια σε αυτή τη περίπτωση είναι πολύ αμυδρό αφού ελάχιστα ηλεκτρόνια θα κάνουν το απαιτούμενο άλμα. Αν δώσουμε μεγαλύτερη ενέργεια, τότε πολύ περισσότερα ηλεκτρόνια θα διεγερθούν σε μεγαλύτερες στάθμες, στη συνέχεια θα πέσουν στη στάθμη που αντιστοιχεί στο ορατό φως του laser, και θα συγκεντρωθούν εκεί προκαλώντας μια αναστροφή πληθυσμών. Στη συνέχεια όλα μαζί θα κάνουν το απαιτούμενο άλμα, οπότε η ένταση της δέσμης θα είναι πολύ πιο ισχυρή. Από την αρχή διατήρησης της ενέργειας θα έχουμε:
Βρίσκοντας με αυτό τον τρόπο και τη συχνότητα από την θεμελιώδη κυματική εξίσωση έχουμε:
συγκρίνοντας αυτή τη τιμή με την πραγματική τιμή των 3
.108m/s βρίσκουμε ότι το πειραματικό σφάλμα είναι μόλις 3,3% !!! πάρα πολύ μικρό για τα μέσα που χρησιμοποιήσαμε.