מנגנון פיזו-פוקו

מנגנון פיזו-פוקו (1850) תוכנן על ידי הפיזיקאים הצרפתים ארמן איפוליט פיזו ולאון פוקו על מנת למדוד את מהירות האור. במהלך הניסוי, אור מוחזר ממראה מסתובבת, לעבר מראה נייחת המוצבת במרחק 35 קילומטר ממנה. המראה המסתובבת חגה מעט בזמן שלוקח לאור לעבור מהמראה המסתובבת לנייחת וחזרה, והשתקפות האור מוסטת ביחס למקור האור, בזווית קטנה אך ניתנת לגילוי. אם המרחק בין המראות הוא h, הזמן בין שתי ההשתקפויות על המראה המסתובבת הוא 2h/c (כאשר c היא מהירות האור). אם המראה מסתובבת בקצב זוויתי קבוע וידוע $\omega$, הזווית θ נוצרת בזמן של מסע האור בשני הכיוונים, ואז:

מנגנון פוקו. משמאל: האור מוחזר מהמראה המסתובבת (שמאל) אל המראה הנייחת (למעלה). מימין: האור החוזר מהמראה הנייחת, מוחזר מהמראה המסתובבת, אשר התקדמה לזווית θ בזמן מסע האור אל המראה הנייחת. הטלסקופ בזווית 2θ ביחס למקור האור קולט את הקרן המוחזרת.

מנגנון פיזו. האור עובר מצד אחד של השן בדרכו החוצה, ומצדה השנייה של השן בדרכו חזרה, בהנחה שמהלך גלגל השיניים משלים שן אחת בזמן התקדמות האור.

$\frac{\theta }{\omega }=\frac{2h}{c}=t$

במילים אחרות, ניתן לחשב את מהירות האור c על פי הזווית הנצפית θ, מהירות זוויתית ידועה, והמרחק h כך:

$c=\frac{2\omega h}{\theta }$

הגלאי נמצא בזווית 2θ ביחס למקור האור, מאחר שהנורמל למראה המסתובבת מסתובב ב-θ, ומפחית ב-θ גם את זווית הכניסה של הקרן וגם את זווית ההשתקפות.

פוקו ביסס את המנגנון על ניסוי קודם של פיזו אשר, ב-1849, השתמש בשתי מראות קבועות, כאשר אחת מהן מוסתרת חלקית על ידי גלגל שיניים מסתובב. ההערכה של פיזו למהירות האור הייתה גבוהה מהמציאות בכ-5%.

הניסוי של פיזו למדידת מהירות האור במים נחשב כ"מסמר האחרון בארון המתים" של המודל החלקיקי של האור של ניוטון. מודל זה חזה שתנועת האור במים אמורה להיות מהירה יותר מאשר באוויר. פיזו הראה שמהירות האור במים נמוכה מבאוויר, על ידי כך שהניח צינור מלא מים בנתיב האור.

קישורים חיצוניים

• תרשים הניסוי המקורי המופיע בכרך השני בספר של פוקו: Volume Two - Recueil des travaux scientifiques de Léon Foucault 1878.
• Light in moving media