Celem ćwiczenia jest wyznaczenie prędkości światła i współczynnika załamania światła dla ciała stałego, by móc policzyć prędkość światła w ośrodku.

Metoda pomiarowa to metoda figur Lissajous, która opiera się na obserwowaniu zachowania (kształtu i orientacji) figur Lissajous na ekranie oscyloskopu, zarówno kiedy na torze wiązki światła nie stoi żadna przeszkoda, tak i wtedy kiedy stawiamy przezroczysty blok z tworzywa sztucznego.

Wyniki pomiarów:

W ciele stałym
x1,x2 [cm]	Δ x [cm]
50	8,5
58,5
50		8,5
58,5
50		8,5
58,5
50		9
59
50		9
59
50		9
59
50		8,5
58,5
50		9
59
40		8
48
40		8,5
48,5

W wodzie
x1,x2 [cm]	Δ x [cm]
110	16,5
126,5
110		18
128
110		15
125
110		18
128
110		17
127
110		17
127
110		18
128
110		19
129
110		16
126,5
110		15
125
W powietrzu
x1,x2 [cm]	Δ x [cm]
0	147
147
0		145,5
145,5
0		145
145
1		145
146
1		147
148
1		144,5
145,5
2		147
149
2		148
150
2		146
148

Obliczenia:

1. Obliczanie prędkości światła w powietrzu

Δ l - zwiększenie drogi światła w powietrzu

Δ l = 2 Δx

Δ x - przyrost drogi światła

Δx = x₂ - x₁

Δ t - przyrost czasu

Δ t = 1 / 2f

f - częstotliowść modulacji

f = 50,1 MHz

c - prędkość światła w powietrzu

c = Δl / Δt = 4 f Δx

Lp.	Δ x [cm]	f [MHz]	c [km/s]
1	147	50,1	294588
2	145,5	50,1	291582
3	145	50,1	290580
4	145	50,1	290580
5	147	50,1	294588
6	144,5	50,1	291582
7	147	50,1	294588
8	148	50,1	291582
9	146	50,1	292584

Wartość prędkości światła i jej błąd:

c = (292472 ± 1303) km/s

2. Obliczanie współczynnika załamania światła dla wody

Lp.	Δ x [cm]	lw [cm]	n
1	16,5	28,5	1,33
2	18	28,5	1,36
3	15	28,5	1,30
4	18	28,5	1,36
5	17	28,5	1,34
6	17	28,5	1,34
7	18	28,5	1,36
8	19	28,5	1,38
9	16	28,5	1,33
10	15	28,5	1,30

c - prędkość światła w powietrzu

c_w - prędkość światła w wodzie

c_w = c / n

l_w - długość przezroczystego bloku

l_w = 100 cm = 1 m

Δx - przyrost drogi światła

Δx = x₂ - x₁

n - współczynnik załamania światła

n = c / c_w = (2 Δx / l_w) +1

Wartość współczynnika załamania światła i jej błąd:

n_w = (1,34 ± 0,02)

3. Obliczanie współczynnika załamania światła dla ciała stałego

Lp.	Δ x [cm]	lc [cm]	n
1	8,5	28,5	1,60
2	8,5	28,5	1,60
3	8,5	28,5	1,60
4	9	28,5	1,63
5	9	28,5	1,63
6	9	28,5	1,63
7	8,5	28,5	1,60
8	9	28,5	1,63
9	8	28,5	1,56
10	8,5	28,5	1,60

c - prędkość światła w powietrzu

c_c - prędkość światła w bloku ciała stałego

c_c = c / n

l_c - długość przezroczystego bloku

l_c = 28,5 cm = 0,285 m

Δx - przyrost drogi światła

Δx = x₂ - x₁

n - współczynnik załamania światła

n = c / c_c = (2 Δx / l_c) +1

Wartość współczynnika załamania światła i jej błąd:

n_c = (1,61 ± 0,02)

Wnioski:

• Tablicowa prędkość światła w próżni wynosi 299 792 km/s. Według naszych pomiarów prędkość ta to: c = (292472 ± 1303) km/s. Oczywiste jest ze prędkość przez nas wyznaczona jest mniejsza gdyż doświadczenie zostało wykonane w powietrzu, gdzie prędkość rozchodzenia się światła jest mniejsza niż w próżni.

• Współczynnik załamania światła dla wody jest większy niż współczynnik załamania światła dla ciała stałego. Wynika z tego, że prędkość światła w wodzie jest większa niż w ciele stałym, zgodnie ze wzorem v=c/n.