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迈克尔逊-莫雷实验结果的重新认识与完善(续)
[楼主] 作者:彭晓韬  发表时间:2012/04/04 15:39
点击:1345次

第三部分 实验的完善A、从以上第一部分和第二部分的描述和推导可以得出如下结论:一、无论以太是否真的存在,或利用早、晚时分太阳光相对于地球表面的速度差,或采用将实验装置旋转90度的方法进行实验观测,只要两条干涉臂长度完全相等(即△d0)时,均不可能观测到干涉条纹的移动;二、当两条干涉臂长度不相等(即△d0)时,则:1、在以太存在的情况下1.1、利用早、晚时分太阳光相对于地球表面的速度差进行实验时,不可能观测到干涉条纹的移动;1.2、利用观测装置旋转90度进行实验时,有可能观测到干涉条纹的移动,但需要提高实验观测装置的精度二个数量级以上;2、在以太不存在,但光的反射与透射符合弹性碰撞理论的情况下 2.1、利用早、晚时分太阳光相对于地球表面的速度差进行实验时,在实验装置观测精度不变的情况下,△d必须大于0.631.26mm(视实验所使用光的波长而定,波长越长,数值越大)才有可能观测到干涉条纹的移动。若实验装置观测精度提高,则△d值可随着减小; 2.2、利用观测装置旋转90度进行实验时,不可能观测到干涉条纹的移动。B、为完善本实验,我们可以有如下几项措施:一、提高实验装置观测精度二个数量级以上;二、调整两条干涉臂的长度,使其差值在1.26mm以上;三、改变利用太阳光的方式: 1、利用早晨与中午或中午与傍晚时的阳光。前者为:早晨地球表面朝太阳运动,而中午地球表面与太阳的相对运动为0(但地球公转速度可能起作用);后者为:中午地球表面与太阳的相对运动为0,傍晚地球表面远离太阳运动; 2、把旋转实验装置90度改为旋转实验装置45度。上面的第一、二条措施在前面已经叙述,在此不再详述。下面重点对第三项措施进行剖析:四、在以太真的存在且相对与太阳静止的情况1、利用早晨与中午阳光进行实验(傍晚的类似,不重复):1.1、早晨时的光程差同(式1),即:t1=T1-2D/(C2-V2)0.5- [d /(C+V)+ d /(C-V)]             (式11.2、中午时的光程差为:当长度为D的干涉臂指向正北、长度为d的干涉臂指向正东时,如图三所示:1.2.1、不考虑地球公转运动时t=T1-22D/-2d/C                  (式22t(t-t1)2D1/-1/(C2-V2)0.5-2d1/-/(C2-V2)]      (式23δ=C×△t2D(1-1/k-2d1-1/k2                (式24设:D=d+d 代入式(24)并整理后得:δ=2d(1/k2-1/k)+2d(1-1/k)                                   (式24aN=δ/λ=[2d(1/k2-1/k)+2d(1-1/k)/λ          (式251.2.2、考虑地球公转运动且运动速度记为U时t=T1-22D/(C2-U2)0.5- [d /(C+U)+ d /(C-U)]            t(t-t1)2D1/(C2-U2)0.5-1/(C2-V2)0.5-2dC1/(C2-U2)-1/(C2-V2)         (式26δ=C×△t2D1/Ќ-1/k-2dC(1/Ќ2-1/k2     =2d[1/Ќ-1/k-C(1/Ќ2-1/k2]+2d1/Ќ-1/k          (式27上式中Ќ(C2-U2)0.5N=δ/λ={2d[1/Ќ-1/k-C(1/Ќ2-1/k2]+2d1/Ќ-1/k}/λ     (式28当△d0时,(式27)和(式28)可分别简化为:δ=C×△t2d[1/Ќ-1/k-C(1/Ќ2-1/k2]             (式27aN=δ/λ=2d[1/Ќ-1/k-C(1/Ќ2-1/k2]/λ                      (式28a从以上(式25)和(式28)可知,当D=d,即△d0时,干涉条纹移动数也不再为0,在地球自转与公转速度确定的情况下(Ќk为定值)仍可以通过调整干涉臂长Dd来控制干涉条纹的移动数目。 2、把实验装置旋转45度: 2.1、朝太阳运动时,光路12的合成速度如下图四所示 旋转前的时间差同(式1):t1=T1-2D/(C2-V2)0.5- [d /(C+V)+ d /(C-V)]              (式1 设:D=d+d则有: △t1=T1-2d[1/(C2-V2)0.5-C/(C2-V2)]+2d/(C2-V2)0.5              (式1a旋转45度后的时间差:t=T1-22/(C+Vcos45)2-(Vsin45)20.5-2d/(C+Vcos45)2-(Vsin45)22d/(C+Vcos45)2-(Vsin45)20.5                          (式29t(t-t1)2d1/(C+Vcos45)2-(Vsin45)20.5-1/(C2-V2)0.5-2d[1/(C2-V2)0.5-C/(C2-V2)]                   (式30δ=C×△t2dC/(C+Vcos45)2-(Vsin45)20.5-1/k-2d/(1/k-1/k2)         (式31N{2dC/(C+Vcos45)2-(Vsin45)20.5-1/k-2d/(1/k-1/k2)}/λ   (式32当△d0时,(式31)和(式32)分别可简化为:δ=C×△t-2d/(1/k-1/k2)                                      (式31aN-2d/(1/k-1/k2)/λ                                           (式32a  2.2、朝远离太阳方向运动时,光路12的合成速度如上图四所示  旋转前的时间差同(式2):t2t1-t2D/(C2-V2)0.5- [d /(C-V)+ d /(C+V)]                 (式2  设:D=d+d则有:  △t2t1-t2d[1/(C2-V2)0.5-C/(C2-V2)]+2d/(C2-V2)0.5                (式2a旋转45度后的时间差:tt1-t22/(C-Vcos45)2-(Vsin45)20.5-2d/(C-Vcos45)2-(Vsin45)22d/(C-Vcos45)2-(Vsin45)20.5                          (式33t(t-t2)2d1/(C-Vcos45)2-(Vsin45)20.5-1/(C2-V2)0.5-2d[1/(C2-V2)0.5-C/(C2-V2)]                   (式34δ=C×△t2dC/(C-Vcos45)2-(Vsin45)20.5-1/k-2d/(1/k-1/k2)          (式35N{2dC/(C-Vcos45)2-(Vsin45)20.5-1/k-2d/(1/k-1/k2)}/λ    (式36当△d0时,(式35)和(式36)分别可简化为:δ=C×△t-2d/(1/k-1/k2)                                       (式35aN-2d/(1/k-1/k2)/λ                                            (式36a 总之,由以上分析可以发现:当采用早晨或傍晚与中午的阳光进行对比观测,或者采用旋转45度前后的阳光进行对比观测时,均可以在两条干涉臂长度完全相等时仍出现干涉条纹移动。只要适当选择干涉臂的长度,就可以控制干涉条纹的移动数目。从而达到肯定或否定以太的存在,或更进一步发现光的运动规律及运动光源光波的运动速度等。
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