初めて自分の家と他人の家が違う、と意識した時

光速度を求めるために、波長×周波数=速度の式を使って実験しようと思っていたのですが、周波数を求める実験方法が分かりません。
波長はヤングの干渉実験を用いて実験しています。
(波長の実験は、計算すると波長が15μmになってしまい光の波長にしては大きすぎると思うんです。こちらの実験も何か注意すべき事等教えて下さい!ちなみに、この実験ではレーザーポインターを光源としました。)

周波数を求める実験方法(機械などは使わないでできたら嬉しいです。)と、ヤングの干渉実験についての注意点など、教えて下さい!

質問者からの補足コメント

  • 回答して下さった方、本当にありがとうございました。
    今回はベストアンサーをCaF2さんにさせていただきたいと思います。

      補足日時:2015/09/06 19:20

A 回答 (5件)

現代の定義では、光が1秒間に進む距離は299792458mに確定されているので、1秒を正確に測り、1秒間に振動する回数を正確に測れれば、周波数が決まり、その結果波長が決まります。

ただ、それはあとづけで、光速度一定が定義になる前には、波長と周波数の両方を確定する作業が必要なわけで、たとえば、基本的な干渉実験でやりたい!という事になるわけですネ!?

有効数字は、9ケタなどは無理ですから、2ケタくらいが目標でしょうか?おおよそ30万キロm/sくらいになればよいという感じで・・・。

ヤングの干渉では、波長λ、ピンホール間隔D、スクリーンまでの距離L、スクリーンの光軸からの距離をxとしたとき、Mを整数として
D/L=Mλ/x
を満たすところで干渉の明点が現れる・・でしたね。これでλを20倍以上間違える可能性があるとすると・・・

D=5mm
L=1m
λ =0.7μm
くらいでつくったとして
M=1だと、xは140μmですか?? これを正確に測るのは、手作りではチョト難しいですかね?
間違えるのは、M以外に考えにくいですが、どうでしょ?

こうゆ~時は、Mは確定させずに、差分 ΔM/Δx=D/(Lλ)  と微分形式で変化率を考えて
Δxのなかに、干渉明点がいくつあるか?とΔMを数えて、λを求めた方が、いいかもしれませんね。やってみないとわかりませんが・・・・。

さて、周波数はどう測りましょ?
これは難題ですね!

産総研の計量部門のように、多くの干渉光源でヘテロダイン周波数変換の連結をつくって、光の周波数を電波領域まで落とす事ができる組織ならできますし、光COM光源など、周波数を決定調整できる装置を持っている人なら、周波数を決められますが、そんな装置を持ってるなら、ヤングの干渉実験なんかやりませんよね!

光はあきらめて、電波は簡単にコヒーレントなんで、GHz前後の周波数の発信機を基にして、周波数を決めた電波で、アンテナ型の干渉実験をやって、波長を求める方向が良いのでは?と思いますが、それでは面白くないですね。

AOかEOか、ゼーマン効果のどれかを用いて、1つのレーザから、数M~数GHzの微小な周波数差を持つ2つの光をだし、ヤングの干渉では難しいので、マイケルソン干渉計で、2周波数の合成波長から光速を求めるか?でも、機械走査系をつかいたくないという趣旨に反しますし、波長程度の走査ができるくらいなら、ヤングの干渉実験ではやりませんよね~?

がらりとかえて、TOF(飛行時間計測)に行ってしまうのもありですかね~?。半導体レーザをMHzぐらいでON/OFFして、10~100mくらいのところに反射鏡を置いて、光が往復飛ぶのに何秒かかったか?をオシロスコープで測るというやりかたです。これは、当たり前ですが、波長も周波数も関係なく、光速が測れます。

波長を測るのと、周波数を測るのは、似ているようで、実は大きくちがいます。周波数は、15乗の周波数でも、1秒かければ1Hzの分解能で測れますが、波長を15ケタの分解能で測るのは難しいですね。ですから、光の速度を定義で決めてしまい、時間を測れば波長は無視できるようにしてしまうわけです。
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この回答へのお礼

私には少しハードルが高いようなので回答していただいたものをもとに、もう少し勉強し、実験してみようと思います。勉強不足な部分が新たに見つかったので、良かったです。ありがとうございました。

お礼日時:2015/08/25 16:56

波長=Λ


周波数=1/Λ
波長*周波数→Λ*1/Λ=1
になると思うのですが
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> 光速度を求めるために



 一定距離を飛ぶのに掛かる時間(Time Of Flight)を測るのが、一番直接的で言い訳がないでしょ。フィゾーの歯車シャッター式の装置が最も古いやりかた。また(既に出ている回答にもあるように)直接光と、反射して戻って来る光とについて、光センサの応答をオシロスコープで高い時間分解能(と言っても、1nsでたった30cmしか飛ばないんですから、知れてます)で比較する、など。

> 波長×周波数=速度

この中で、測るのが難しいのは周波数。なので、大抵の場合、この式は波長と速さから周波数を計算するのに使う。

> 波長はヤングの干渉実験を用いて実験

ダブルスリットを使う難しいやつに手を出したんですね。しかし、一等お手軽で安上がりなのはニュートンリングを測ること。精度を出しやすいのは回折格子だけど、角度を精密に測る装置が不可欠です。
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この回答へのお礼

ヤングの干渉実験は難しい実験だったのですか…。
他の実験方法も提案して下さり、ありがとうございました。
提案して下さった実験、試してみたいと思います。

お礼日時:2015/08/30 23:05

>学校などにあれば使ってみたいと



ないでしょう。学生さんなら、光の飛行時間を
オシロで見るのがよいのでは?
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この回答へのお礼

オシロスコープの事ですよね?
それもそうかもしれません。
オシロスコープならあったと思います。
ありがとうございます。

お礼日時:2015/08/26 20:21

光周波数カウンタを使う。

(^-^;

今は光コムで光の周波数を測定します。測定器は製品化されたものが
売られてます。

光コムに関しては検索してみて下さい。
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この回答へのお礼

機械が必要になりますよね。やっぱり。
まだ、自分で買える年齢じゃないので学校などにあれば使ってみたいと思います。
回答してくださり、ありがとうございました。

お礼日時:2015/08/26 19:26

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