[물리학] 빛의 속도 측정

목차

1. 실험 배경

2. 실험 동기

3. 이론적 배경

4. 실험 방법

5. 기대 결과

<결과>

본문내용

좌측 끝이 놓이도록 그림처럼 배치한다. 반은거울(실제로는 빔 분리기) 때문에 광로가 약간 변경되므로 이를 최소한으로 줄도록 한다. (<주의> 아직 현미경을 들여다 보지 말 것)
⑨ 회전거울을 손으로 조금 회전시켜 반사된 빛이 12˚정도 꺾어지게 한다.
⑩ 회전거울에서 2m이상 15m이내에, 회전거울이 반사한 빛이 도달하는 위치에 고정거울을 놓는다. (이때 레이저 광선을 얇은 종이로 추적하거나, 연기를 뿜어서 광선이 비추어 지는 것을 보면서 조절하는 것이 편하다.)
⑪ 렌즈 L2를 광학대위에서 좌우로 움직이고 고정거울에 도달하는 빛이 거울 바로 위에서 초점을 맺도록 한다.
⑫ 고정거울 위의 스크류를 잘 조절하여 반사된 빛이 고스란히 회전거울로 되돌아 가도록 한다.
⑬ 레이저 앞에 편광판을 설치하고 적당히 돌려서 가장 약한 빛이 나오도록 한다. 현미경을 보면서 상을 적당히 관측할 수 있는 정도의 밝기로 조절한다.
⑭ 현미경의 대안렌즈를 조절하여 가운데에 있는 눈금이 명확하게 보이도록 한다.
⑮ 현미경 옆의 나사를 약간 풀고 현미경을 오르내려서 상이 명확하게 보이도록 한다.
5. 기대 결과
발사된 레이저 빛은 회전거울, 고정거울, 회전거울을 거쳐 되돌아 오는데 회전거울은 고속으로 회전을 하므로 일정 각도 일 때만 고정 거울 쪽으로 빛을 반사할 것이다. 고정거울에 반사된 빛이 회전 거울에 도달 하였을때 회전거울이 고정거울 쪽으로 빛을 반사 할때와 같은 각도로 있어야 원래 레이저의 위치로 빛을 반사할 수 있을 것이다.
회전거울이 180도 회 하는 동안 빛은 회전 거울과 고정 거울을 왕복한 것이므로 빛의 속도는 다음과 같이 구할 수 있을 것이다.
빛속도=(2×회전거울과 고정거울거리)/(½×회전거울회전수)
<결과>
1. 측정 결과
Time - 0.2s
광섬유의 길이 - 12.4cm, 20m
2. 결과 분석
c : 진공에서의 빛의 속도
n : 광섬유의 굴절률 (1.5)
l : 광섬유의 길이 (단위 m)
t : 시간 (단위 ms)
(1) 실험값
- 위상차 2.5칸 이동 -> 시간 차 0.2s = 0.1s
- 길이 차이 20-0.124=19.876m
(2) 오차
① 오차 = 이론값 - 실험값 = 3.0*108-2.99*108 = 0.01*108(m/s)
② 상대오차 = (0.01*108/3.0*108)*100 = 0.33%
3. 오차원인
(1)과실오차
ⓛ 12.4cm와 20m일때의 위상차이를 정확히 측정하지 못함
② 광섬유의 길이를 정확히 측정하지 못함
(2) 이론오차
① 반올림하는 등 근사치로 계산
4. 오차를 줄이는 방법
① 광섬유의 길이를 정확히 측정한다.
② 최소단위가 작은 자를 이용 위상차를 정확히 측정한다.
5. 결론
12.4cm일때와 20m일때의 위상차와 시간으로 계산한 빛의 속도가 실제값과 거의 근사하게 나왔다. 실험기구는 이제까지 사용했던 것 중 제일 정밀하여 기기오차는 발생하지 않았을 꺼라 생각된다. 그리고 빛의 진행에 대한 방해 요소도 극히 적었으므로 이번 실험에서 발생한 오차의 주요 원인은 과실오차에 의한 것으로 생각된다.

키워드

빛의 속도 측정,   푸코의 방법,   회전거울,   고정거울거리