斐索实验中的多普勒效应(2)

发布时间:2021-06-06

:用经典的相对性原理难于懈释斐索实验中观察到的干涉条纹的移动.用狭义相对论的速度相加原理考虑多普勒效应.可以使理论与实验符合得蔓好.通过计算表明。多普勒效应在测定运动媒质中的光速时是很重要的。

.42.贵州教育学院学报第14卷和这个媒质一起运动的以太之中,因而观察运动媒质中的光学现象,不可能确定这个媒质相对于以太的运动。按照这个假定,在随同以太一起运动的参考系K中的光速是“,在相对于K以速度口运动的参考系K中观察看到的光速为“=“’士。,这样光线I及I的速度分别为“+”及“一"。两光线因水的流动而使光程差的改变量为

△L一‘I而一可=FiJ_了丽=;可孑可,/2f2fl4f口o

由于口2/∥2《1,因此可以略去,这时

干涉条纹的移动为△L:型罢一盟v缸=△L/^=等。“‘f

代人数值,得△z;O.472个条纹间距。

斐索在实验中观测到的干涉条纹的移动为:△强=O.23个条纹闯距,这与上述理论结果不相符合。后来塞曼(P.zeeman)对斐索实验进行了改进,提高了测量精度,但结果与斐索的结果并无本质差异。要想对宴验结果给出很好的解释,必须使用狭义相对论的速度相加定理,并考虑多普勒效应。

在与水相联结的参考系K中,光的速度u一士c/”(根据传播方向取正号或负号)。在和实验相联结的参考系K中,光在流动水中的相速度“由相对论的速度相加定理可得到‘1]“:{磐“21王刁i(1)【l’由于”/cn=1,因此可以近似的利用公式1/(1+n)≈1一口(a;口/c月)将上式展开得

“≈=o±cA)(1士"止月)=士c加+F(1一lA。)

在图1的实验中,两条光线速度的绝对值等于

“t=c加7十口(1—1肛’2)

(3)(2)“::c/nJ_口(卜l/n,2)

(3)式中H’是考虑到多普勒效应后光在流动水中的折射率,计算方法如下:

若光源发射波长为k的光波,在参考系K中,波长变成矗=k+△k。因此可求出水对于波长矗的折射率。由于纵向多普勒效应全在F处观测的光频率为‘“:任r。√器——

,咄√芒筹(4)

前一个式子对应于水迎着光源去的那根管子观测到的光的频率,后一个式子对应于水离光源而去的那根臂观测到的光的频率。由这两个式可得到学:士”口止,其中“+,,号对应于水离光源而去的那根管子。推导过程中略去了w止的高状项,这样水对于波长矗的折射率可写成

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因此一,一一±凡{}×一。止一”(,士厶音}詈)

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m.。t詈士。(,一嘉一鲁{})从而由(3)式给出的相速度公式变成cs,

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