Espejo giratorio: la medida de Foucault de la velocidad de la luz

Hace algún tiempo me encontré con una fuente web secundaria sobre la medición de la velocidad de la luz en el agua hecha por Foucault alrededor de 1850. Adjunto su esquema redibujado a continuación (la luz se refleja desde el espejo giratorio al fijo y desde el posterior nuevamente al giratorio) que gira ligeramente mientras tanto, de modo que la luz termina en la dirección etiquetada como aire en lugar de regresar a la fuente de luz).

Cuando Foucault insertó un recipiente lleno de agua entre los espejos, la luz se reflejó en un ángulo mayor ( agua ), porque la luz es más lenta en el agua.

¿Qué velocidad se mide exactamente en este experimento? Velocidad de fase (la fuente de luz es continua, similar a una onda monocromática infinita), velocidad de grupo (que generalmente se aplica a un paquete de ondas; ¿ese paquete se crea de alguna manera por la rotación del espejo?) ¿U otra?

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Editar (basado en la respuesta de miceterminator):

¿Cómo cambiaría el resultado (el ángulo) en el caso de una velocidad de grupo negativa (que, hasta donde yo sé, es posible)?

Respuestas (2)

desaparecidoRespuesta corta:

Mide la velocidad del grupo.

Con cada experimento de espejo giratorio, siempre mide la velocidad del grupo. Es posible que tenga un haz de luz continuo desde la fuente, sin embargo, generalmente hay una abertura / persiana (no sé el término correcto en inglés) entre el espejo giratorio y el espejo fijo para evitar que pase la luz que no es exactamente recta. (Si el espejo fijo es lo suficientemente pequeño, ni siquiera lo necesita). Entonces, el rayo se divide en el tiempo porque solo pasa cuando el espejo giratorio está alineado en el ángulo apropiado (45 ° en este caso). Luego, el haz se refleja hacia atrás y, con una velocidad angular constante del espejo giratorio, puede ver un punto ligeramente alejado de la fuente del haz (dependiendo del tamaño de su experimento y la velocidad angular del espejo giratorio). Sin la persiana, solo vería una línea que, de hecho, es muy inútil. El experimento tampoco puede medir la velocidad de la luz en el aire y el agua simultáneamente. Tendrías que medirlo en el aire primero y luego poner un tanque de agua (con paredes suficientemente pequeñas).

Estoy de acuerdo en que debe haber algún tipo de resaltado en el haz de luz medido (digamos el del aire), ya que el espejo giratorio refleja la luz proveniente de la fuente de luz en todos los ángulos, pero no estoy seguro de si la apertura funcionará.
Hice este experimento una vez, así que estoy bastante seguro de que funciona. Cuanto más pequeña sea la apertura, más precisa será la lectura porque el haz reflejado se vuelve más pequeño. Sin embargo, entonces no puedes verlo también. Es por eso que generalmente se usa un láser como fuente de luz. ¿Por qué crees que la apertura (esencialmente un pequeño agujero) no funcionaría?
"¿Por qué crees que la apertura (esencialmente un pequeño agujero) no funcionaría?" Porque la luz de la fuente de luz puede reflejarse en la dirección del aire o del agua (y en todas las direcciones a su alrededor) simplemente por un solo reflejo del espejo giratorio. ¿Cómo puedes distinguir eso de la luz que pasó por el espejo fijo y se ha reflejado dos veces en el giratorio?
buen punto. Bueno, básicamente aún obtendrías el doble de intensidad en un punto. Me equivoqué al poner una persiana allí, solo duplicaría la intensidad. En el experimento colocamos una Lente entre el espejo giratorio y el espejo reflectante, con el punto focal de la lente en el centro de rotación del espejo giratorio. De esa manera, el punto es mucho más brillante porque para una rotación de 20 ° del espejo giratorio (dependiendo del tamaño de la lente), la luz se refleja de regreso. Foucault usó un Cog con una frecuencia acoplada al espejo giratorio para evitar que pasara la otra luz.

¡Puede ser enloquecedor tratar de entender este experimento a partir de muchas de las discusiones "educativas" que están dando vueltas! Pueden parecer plausibles, pero si realmente lo piensas, te das cuenta de que falta algo. El experimento no puede funcionar sin una apertura, o una máscara de haz, o algo que mantenga el haz de retorno como un punto nítido, en lugar de una amplia mancha de luz.

Lo que falta es que el espejo fijo sea un espejo esférico , con un radio de curvatura (aproximadamente) igual a la distancia entre los dos espejos.

Con un espejo curvo, no importa hacia dónde apunte el espejo giratorio: si el haz logra incidir en cualquier parte del espejo esférico (fijo), siempre se refleja en el mismo punto exacto del espejo giratorio. El punto de impacto del haz de retorno cambia solo en la cantidad que gira el espejo después de enviar el haz al espejo fijo.

No se necesita máscara, y el "paquete" o "bala de luz" es cualquier luz que incide en el espejo fijo durante cada revolución.

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