Το πείραμα του Young για την συμβολή του φωτός

Πείραμα Νο 5:

Μέχρι τις αρχές του 19ου αιώνα, η φύση του φωτός αν δηλαδή το φως ήταν σωματίδιο ή κύμα δεν είχε αποσαφηνιστεί.  Ο Isaak Newton θεωρούσε ότι το φως αποτελούνταν από σωματίδια, ενώ ο Ολλανδός φυσικός  Christian Huygens θεωρούσε το φως κύμα.

Το  1801 ο Thomas Young,  Άγγλος γιατρός και φυσικός, πρότεινε ένα πείραμα, το γνωστό και ιστορικό πείραμα των δύο σχισμών, με το οποίο απέδειξε αδιαμφισβήτητα την κυματική φύση του φωτός.

Στην πρώτη έκδοση του πειράματος, ο Γιανγκ δεν χρησιμοποίησε δύο σχισμές. Αρχικά έκανε μία τρύπα σε ένα παραθυρόφυλλο και το κάλυψε με ένα κομμάτι χαρτόνι στο οποίο είχε επίσης σχηματίσει μία μικρή τρύπα. Για για να εκτρέψει την ακτίνα φωτός που έμπαινε από την τρύπα αυτή  χρησιμοποίησε έναν καθρέφτη. Στη συνέχεια πήρε μία λεπτή κάρτα και την τοποθέτησε με την κόψη της στη διαδρομή της ακτίνας, χωρίζοντάς την στα δύο. Το φως που διέρχεται από τη μία πλευρά της κάρτας παρεμβαίνει με το φως από την άλλη πλευρά της κάρτας για να δημιουργήσει στον απέναντι τοίχο μια  σκιά που παρουσίαζε φωτεινές και σκοτεινές ζώνες. Το φαινόμενο μπορούσε να εξηγηθεί μόνο με την υπόθεση οι δύο φωτεινές δέσμες αλληλεπιδρούσαν σαν κύματα.

Σχήμα από τη δημοσίευση βιβλίου σχετικά με τις διαλέξεις που έδωσε ο Thomas Young το 1802 στο Βασιλικό Ίδρυμα του

Λονδίνου.Δημοσιεύτηκε το 1807 με τίτλο

"A Course of Lectures on Natural Philosophy and the Mechanical Arts". 

Σε επόμενες επαναλήψεις του πειράματος ο Γιανγκ χρησιμοποίησε δύο διαφράγματα, ένα με χαραγμένη μία σχισμή και ένα άλλο με χαραγμένες δύο σχισμές. Τοποθέτησε τα δύο διαφράγματα παράλληλα μεταξύ τους και προσανατόλισε το δεύτερο έτσι ώστε οι δύο σχισμές του να είναι παράλληλες με τη σχισμή του πρώτου. Τοποθέτησε μια πηγή φωτός πίσω από το διάφραγμα με τη μία σχισμή και παρατήρησε ότι στον τοίχο απέναντι από το δεύτερο διάφραγμα εμφανίστηκε μία ταινία από χρωματιστές και σκοτεινές γραμμές, που συνήθως ονομάζονται συνολικά κροσσοί συμβολής. Όταν αφαιρούσε το διάφραγμα με τις δύο σχισμές, εξαφανίζονταν και οι κροσσοί αφήνοντας στη θέση τους λευκό φως· και όταν το τοποθετούσε ξανά, εμφανίζονταν και πάλι οι κροσσοί.  Η ερμηνεία που έδωσε ήταν ότι αυτό που παρατηρούσε ήταν το φαινόμενο συμβολής δύο πηγών κυμάτων, η καθεμιά από τις οποίες συνέπιπτε με μία από τις σχισμές του δεύτερου διαφράγματος. 

Σχηματική απεικόνιση του πειράματος των δύο σχισμών. Πηγή: Wikipedia

 

Το πείραμα του Cavendish με τον ζυγό στρέψης

Πείραμα Νο 6:

To 1798, o Άγγλος επιστήμονας  Henry Cavendish,  σ' ένα από τα πιο εντυπωσιακά πειράματά του, κατάφερε να ... "ζυγίσει" τη γη με τη βοήθεια μια συσκευής που κατασκεύασε (ζυγός στρέψης).

Υπήρξε το πρώτο πείραμα που μέτρησε τη δύναμη της βαρύτητας ανάμεσα σε δύο μάζες στο εργαστήριο και το πρώτο που έδωσε ακριβείς τιμές για την  παγκόσμια σταθερά G του νόμου της παγκόσμιας έλξης του Νεύτωνα.

Η πειραματική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε ήταν ένας στροφικός ζυγός που αποτελούνταν από δύο  σφαίρες από μόλυβδο ( διαμέτρου 51 mm και μάζας 730g) στα δύο άκρα μιας κρεμασμένης δοκού μήκους 1,8m που μπορούσε να περιστραφεί ελεύθερα. Αυτές οι κινητές μπάλες έλκονταν από ένα ζευγάρι μεγάλων ακίνητων μολύβδινων σφαιρών ( διαμέτρου 305 mm και μάζας 158 kg). 
Για τη μείωση των ρευμάτων αέρα ο Κάβεντις  έκλεισε τη συσκευή σε μια γυάλινη θήκη και παρατηρούσε την κίνηση των σφαιρών από μακριά με ένα τηλεσκόπιο.

Το σχέδιο του ζυγού στρέψης από την ανακοίνωση του Κάβεντις το 1798 στα πρακτικά της Βασιλικής Εταιρίας με τίτλο " Πειράματα για τον καθορισμό της πυκνότητας της γης

 Ο Κάβεντις υπολόγισε τη δύναμη έλξης ανάμεσα στις μπάλες, παρατηρώντας την περίοδο ταλάντωσης του ζυγού στρέψης.  Χρησιμοποιώντας το νόμο της Βαρύτητας του Νεύτωνα κατάφερε να προσδιορίσει την σταθερά της παγκόσμιας έλξης G και με τη βοήθειά της τη μάζα της γης. Με βάση τον όγκο της γης που ήταν γνωστός, ο  Κάβεντις υπολόγισε  και την μέση πυκνότητα της γης με μεγάλη ακρίβεια. 

Ο Κάβεντις ήταν ο πρώτος επιστήμονας που μπόρεσε να ανιχνεύσει τις ελάχιστες βαρυτικές δυνάμεις μεταξύ μικρών αντικειμένων και για  το πείραμα αυτό χαρακτηρίζεται και ως " ο πρώτος άνθρωπος που ζύγισε τη Γη".