[일반물리실험] 일반물리실험 - Michelson Moly(예비레포트)
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분야
hwp2. 실험원리 및 이론
3. 실험 방법 실험 장비
4. 실험 결과
5. 실험 분석
6. 결론
7. 참고문헌
우주공간에서 에테르(ether)라는 가상체를 매개로 해서 빛이 지난다고 가정할 때 이 에테르에 대해서 지구가 움직이는 속도를 최초로 측정한 실험. 1881년 미국의 물리학자 앨버트 에이브러햄 마이컬슨과 E. W. 몰리가 처음으로 실험했고 나중에 다른 사람들에 의해 개량되었다. 실험장치로는 주로 서로 수직되게 움직이는 두 빛의 광행로차(光行路差)를 비교하는 감도 높은 광학장치인 마이컬슨 간섭계(干涉計)가 사용된다. 지구가 빛을 매개하는 에테르 속에서 움직인다고 가정했을 때, 빛이 에테르에 대해 일정한 속도를 가진다면 지구의 운동과 같은 방향으로 잰 빛의 속도와 지구의 운동과 수직인 방향으로 잰 속도를 비교하면 지구가 움직이는 속도를 알 수 있을 것이다. 그러나 실제 실험에서 두 방향의 빛의 속도는 아무런 차이가 없었다. 결국 이 실험으로 에테르 이론은 심각한 위기를 맞게 되고 마침내 1905년 아인슈타인에 의해 빛의 속도는 일정하다는 이론이 제시되었다.
2. Michelson 간섭계를 이용하여 파장을 구하는 원리
그림 1 Michelson Interferometer
이동이 가능한 거울을 d만큼 이동시키게 되면 M1으로부터 온 빛과, M2로부터 온 빛 사이에는 2d만큼의 path difference가 생기게 된다.
이 path difference가 파장의 정수배 만큼 차이가 나게 되면, dark fringe가 생기게 된다.
라는 조건을 만족하게 되는 것이다.
이다. 이는 결국 을 의미하므로, 를 측정하여 파장의 구할 수 있다.
3. Michelson 간섭계를 이용한 길이 측정
그림 2. 에서 광원의 한 점에서 나온 빛이beam splitter M0에 도달했다고 하자. beam splitter는 일종의 거울로써 입사 빛의 일부는 투과하고 일부는 반사하는 성질을 가지고 있다. 반반씩 투과하고 반사한다고 가정하고 그 두께를 무시할 수 있다고 가정하자. M0에서 투과된 빛은 M2으로 가고 반사된 빛은 M1으로 간다. 각 거울에서 반사된 빛은 다시 beam splitter로 돌아오게 되고 이들은 결국 관측자의 눈에 모아져 간섭을 일으킨다. 광선이 beam splitter에서 다시 합쳐졌을 때 두 빛의 경로차이는 2d2 - 2d1이 된다. 이때 경로차 에 따라 위상차가 달라진다. 한그림 Michelson 간섭계
예로 거울M1이 만큼 움직였다고 하면 경로 차는 만큼 변하고 무늬는 한 단계씩 이동하게 될 것이다. 얇고 투명한 물질을 빛의 경로에 놓아두어도 간섭무늬가 이동하게 된다. 한 예로 이러한 물질을 거울 M0사이의 경로에 놓았다고 하자. 만약 두께 L인 물질의 굴절율이 n이라면 이 물질을 왕복하는 동안 빛의 파동 수는 이 되고, 이 물질이 없었다면 같은 거리를 왕복하는 동안 파동 수는이다. 결국 투명 물질이 끼워졌기 때문에 생기는 경로 차는 이다. 위와 같은 방법을 통하여 아주 얇은 물질의 두께도 빛의 파동수로서 표시할 수 있다.
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