광학실험 - 빛의 속도 측정

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광학실험 - 빛의 속도 측정에 대한 보고서 자료입니다.

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본문내용

최초로 과학적인 방법으로 측정한 사람은 덴마크의 천문학자 뢰메르(1644- 1710)였다. 1610년에 갈릴레이가 발견한 목성의 위성 중 제일 안쪽의 것인 이오는 42.5시간을 주기로 목성 둘레를 공전하고 있다. 지구는 1년에 한번씩 태양 주위를 공전하지만, 목성은 약 12년에 한 번씩 태양 주위를 돌고 있다. 따라서 지구에서 볼 때 목성은 거의 정지해 있는 것처럼 보인다. 지구는 이러한 목성을 향해 다가가기도 하고 멀어 지기도 한다. 뢰메르는 빛의 속도가 유한하다면, 목성에 다가가면서 측정한 이오의 공전 주기와 멀어지면서 측정한 이오의 공전 주기가 다를 것이라고 생각했다. 뢰메르는 지구가 목성에 가깝게 다가가면서 측정했을 때와 멀어지면서 측정했을 때 이오의 공전 주기가 달라지는 것을 확인하고, 이것을 이용하여 빛이 지구 궤도를 가로지르는 데 11분이 걸린다고 계산했다. 이 계산을 토대로 뢰메르는 빛의 속도가 22만 5000km/sec라고 했다. 실제 빛의 속도와는 많은 차이가 나지만, 빛의 속도를 처음으로 과학적으로 측정하려고 했다는 데서 큰 의의를 찾을 수 있다.
② 광행차를 이용한 빛의 속도 측정
빛의 속도가 유한할 것이라는 생각이 많은 사람의 관심을 끌게 된 것은, 1728년 영국의 브래들리(1693-1762)가 광행차를 이용하여 빛의 속도를 측정한 후이다. 지구는 반경이 1억 5000만km나 되는 공전 궤도를 매초 약30km의 속도로 공전하고 있다. 지구가 태양주위를 이렇게 빠르게 공전하고 있다는 사실이 밝혀진 후, 과학자들은 지구의 공전이 천체 관측에 두 가지 영향을 미칠 것으로 생각했다. 하나는 지구가 공전함에 따라 별을 바라보는 관측위치가 변하는 데서 오는 연주시차였다. 천문학자들이 연주시차를 측정하려고 노력했지만 쉽지 않았다. 용자리의 감마별의 연주시차를 측정하려고 노력했던 영국의 브래들리는 광행차를 측정하는데 성공했다. 봄과 가을은 태양의 진행 방향이 반대이기 때문에 북쪽에 있는 별의 위치가 봄과 가을에 조금 다르게 보이는 것이 광행차이다. 브래들리는 이 광행차를 이용하여 빛의 속도가 29만5000km/sec라고 발표했다. 브래들리의 이 발견은 빛의 속도를 측정하는 새로운 방법 을 알아냈다는 것과 함께, 지구가 실제로 태양주위를 빠른 속도로 돌고 있다는 직접적인 증거를 확보한 것으로도 유명하다.
③ 피조(1819-1896)의 톱니바퀴 실험
고속으로 회전하는 톱니바퀴를 이용해서 빛이 8km를 왕복하는 데 걸리는 시간을 측정하여 빛의 속도를 계산했다. 그는 커다란 톱니바퀴를 빠르게 돌리면서 그 사이로 빛을 보내, 이 빛이 멀리 세워둔 거울에 반사되도록 했다. 이때 톱니의 회전 속도를 이용하여 한 골에서 다음 골이 지나가는 시간을 계산하면, 빛이 거울까지 왕복한 시간을 얻을 수 있다. 이런 방법으로 피조가 얻은 빛의 속도는 31만 5000km/sec였다. 아직 정확한 값은 아니었지만, 실험실에서 빛의 속도를 측정한 것은 매우 획기적인 일이었다. 실험실에서 빛의 속도를 측정할 수 있게 되자, 물이나 유리 같은 매질을 지나는 빛의 속도도 측정할 수 있게 되었고, 물을 지나는 빛의 속도는 진공을 지나는 빛의 속도의 3/4이고, 유리를 지나는 빛의 속도는 2/3라는 것도 알게 되었다. 이러한 사실은 빛의 성질을 연구하는 데 새로운 계기를 제공하였고, 실제 빛의 연구는 크게 진척되었다.
④ 1850년에 푸코 회전거울
회전하는 거울을 이용하여 빛의 속도를 측정하는 장치를 개발함으로써 좀더 정확한 값인 29만8000 km/sec를 얻었다. 오늘날에는 레이저와 같이 직진성이 좋은 빛을 매우 먼 거리에 있는 물체 사이를 왕복시킴으로써 정확한 값을 얻고 있다.

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광학실험,   빛의 속도 ,   측정