Experimento de Michelson-Morley

El experimento de Michelson-Morley fue clave para la comprensión de algunas de las propiedades de la luz. Es un excelente ejemplo de cómo los experimentos fallidos incluso pueden ser éxitos para los científicos.

Propósito:

El propósito del experimento de Michelson-Morley fue entender mejor las propiedades del éter (el medio a través del cual viaja la luz).

Problema:

¿Cómo el "viento de éter" afecta a la velocidad de la luz?

Hipótesis:

Para entender mejor cómo un viento de éter podría afectar a la velocidad de la luz, considere la analogía de dos barcos A y B:

Tanto el barco A como el barco B, se mueven a la misma velocidad media. Un día, ambos capitanes deciden ir a dar un paseo en barco en un río cercano. Un barco se desplaza paralelo a la corriente del río, pasando entre dos boyas espaciadas 50 m de distancia, mientras que el barco B viaja perpendicular a la corriente, viajando de un banco a otro en un punto donde el río es de 50 m de ancho.

Actividades

Sea v _Un ser la velocidad media de los barcos en aguas tranquilas y v _R sea la velocidad de la corriente del río.

1. ¿Qué velocidad tiene cada barco en un movimiento cuando se está de viaje:
   1. ¿a favor de la corriente?
   2. ¿contra la corriente?
2. Si el barco B intenta ir directamente a través del río, lo que afectará a la corriente será tener sobre su velocidad? Explicar el uso de diagramas vectoriales.
3. ¿En qué dirección debe al capitán del barco B empezar a viajar en si quiere terminar directamente al otro lado del río? Si se dirige en esa dirección, con qué velocidad se mueve el barco directamente hacia el banco (Sugerencia: usa el de Teorema de Pitágoras)?
4. Supongamos que ambos capitanes deciden a montar en el barco durante 20 longitudes como se ha descrito anteriormente. ¿Quién va a terminar en primer lugar? ¿Por cuanto?
5. ¿Cómo aumentar la velocidad de la corriente afectar "los tiempos de vuelta" de la embarcación?

Podemos pensar en el viento de éter como el actual en la analogía anterior y la luz como un nadador en el río.

6. Sobre la base de esta analogía, la forma en que la luz se mueve perpendicular al viento de éter ser afectados en comparación con la luz en movimiento paralelo al viento de éter?

Materiales:

El aparato de Michelson y Morley diseñados tenía que ser muy preciso; los cambios en la velocidad de la luz sería un muy pequeño porcentaje de su velocidad natural.

Establecieron una mesa giratoria sobre la que se colocan un gran bloque de mármol. Sobre este colocaron una lámpara de sodio, un detector, y dos espejos. Los espejos se establecieron para estar en esquinas adyacentes, como se ve en el applet en la caja de herramientas a la derecha. En el centro del plato giratorio era un espejo de la mitad plateada, lo que enviaría el haz de luz a estas dos espejos. Los espejos se establecieron más arriba para que cada haz de luz se refleja hacia atrás y adelante varias veces antes reflejadas hacia el detector. Más tarde, la mesa a su vez fue reemplazado por un charco de mercurio.

Actividades

1. ¿Por qué sería importante ser capaz de hacer la vuelta aparato?
2. ¿Cómo hacer que el haz de luz reflejar varias veces hacen la diferencia en la velocidad más evidente?
3. ¿Qué fuentes de error pueden Michelson y Morley han sido teniendo en cuenta al colocar el aparato en un bloque de mármol y la colocación de la tabla a su vez en un charco de mercurio?

Procedimiento y análisis

1. Haga clic en la caja de herramientas a la derecha para abrir el applet de Michelson-Morley.
2. Asegúrese de que la opción "Resultados esperados" se selecciona en la parte inferior derecha de la pantalla.
3. Bajo el menú Opciones, seleccione "Mostrar Éter del viento". Deja la rotación a 0 grados.
4. Encender la lámpara de sodio a través del "Light On".

Actividades

Deje que el espejo a la izquierda de la lámpara de sodio sea espejo A, que refleja la luz A, y dejar que el espejo justo enfrente de la lámpara de sodio de ser espejo B, que refleja la luz B.

1. ¿En qué dirección es Luz Un viajando con respecto al viento de éter? B luz?
2. Sobre la base de su hipótesis, que la luz debe alcanzar el telescopio / detector de primera?¿Está de acuerdo con este diagrama Ondas La combinación de la derecha? (La línea azul es de Luz A, el rojo de la luz B.

5. En el diagrama de franjas de interferencia a la derecha, seleccione una cresta (amarillo) cerca de la mitad no perder de vista. Mueva la barra deslizante rojo hacia el centro de la cresta y haga clic en el botón "Registro". Una estrella roja debe aparecer en su cresta.
6. Utilice la barra deslizante de rotación para girar la mesa giratoria 90 grados.

Actividades

3. El que la luz debe alcanzar el telescopio por primera vez?
4. Comparar la ubicación de la barra de desplazamiento roja con la estrella en la cresta.Utilizando la escala de color rojo en la parte inferior, hasta qué punto se ha movido la cresta (cada tic es de 0,1 longitudes de onda)?

7. Mueva la barra deslizante rojo hasta que es una vez más sobre la estrella y haga clic en el botón "Registro".
8. Restablecer la rotación de 0 grados y mueva el deslizador rojo de nuevo al punto de partida.
9. Repita los pasos 6-8 para cinco rotaciones diferentes. Registrarlos en la siguiente tabla:

Rotación ( 0 )	Mayúsculas ( )
0	0
90

Actividades

5. En el que el ángulo fue el cambio más grande? En el que el ángulo era más pequeño?
6. Aproximadamente, lo que se predijo que el mayor cambio?

10. En la parte inferior derecha del applet, seleccione la opción "Resultados Reales".
11. Ir a través de los siete ángulos grabados anterior de nuevo y ver cómo se mueven las franjas de interferencia. Anote cualquier observación sobre los flecos y las olas que se combinan.

Actividades

7. Aproximadamente, lo que se observó el mayor cambio?

12. Bajo el menú Opciones, abra la tabla de Prueba. Crear su propia tabla de los datos o copiar los datos en un documento de Excel.

Evaluación

Cuando llegó el momento de Michelson y Morley para evaluar sus resultados, que tenían problemas para aceptar lo que vieron.

Actividades

1. Regresar a sus observaciones sobre los resultados reales. ¿Cómo las franjas de interferencia reales se comparan con las franjas de interferencia que se espera?
   1. En función de cómo difieren las olas que combinan, no era más o menos de un cambio en la velocidad de lo previsto? ¿Qué implica esto acerca de la velocidad del viento de éter
2. Uso de la tabla que ha creado al final del procedimiento, se calcula el porcentaje de error de las franjas de interferencia para cada ensayo (a excepción de cuando la rotación es 0).
3. ¿Cuál es el error medio por ciento para este experimento? ¿Es esto un error aceptable?

Michelson y Morley habían estado asumiendo que el viento de éter se movía a una velocidad (V _E ) de 30, 000 m / s. La velocidad de la luz (c) es de aproximadamente 3 x 10 ⁸ m / s.

Actividades

1. ¿A qué porcentaje de la velocidad de la luz se supone que se mueve el viento del éter?
2. Regresa a tus observaciones sobre los resultados reales.
   1. En función de cómo difieren las olas que combinan, ¿no era más o menos de un cambio en la velocidad de lo previsto?
   2. ¿Qué implica esto acerca de la velocidad real del viento de éter? (Si es necesario, consulte de nuevo a su hipótesis)
3. Michelson señaló que "el desplazamiento es proporcional al cuadrado de la velocidad" y por lo tanto puede encontrar cómo la velocidad se ve afectada por estos resultados:
   1. Para cada ensayo (a excepción de cuando la rotación es 0), calcular la relación de la franja real de la franja prevista.
   2. ¿Cuál es la relación media?
   3. Si el desplazamiento es proporcional al cuadrado de la velocidad, entonces podemos encontrar la razón promedio de velocidad por cuadrados enraizamiento la relación marginal. ¿Cuál es el promedio real de relación de velocidad esperada?
   4. Usando v _E como su velocidad esperada, ¿qué Michelson y Morley encuentran para ser la velocidad real? ¿A qué porcentaje de la velocidad de la luz se mueve este viento de éter?

Resumen

El experimento de Michelson-Morley ha sido descrito como "el más famoso experimento fallido" en la física moderna. 

Michelson y Morley, junto con otros físicos, realizó el experimento de nuevo varias veces, cada vez más sofisticados en el aparato que utilizaban. Cada vez que lo hacían, se encontró una vez más que se habían equivocado: es peor, se encontraron con que, cuanto más sofisticado sea el experimento se convirtió, más la velocidad medida del viento de éter se ralentizó..

Con el tiempo, los físicos llegaron a la conclusión de que la velocidad de la luz no se veía afectado en absoluto por el éter; de hecho, se concluyó que el éter no existía.