Física - 1º B.D.

Las mediciones de Fizeau

El físico Louis Fizeau, nacido en París, logró por primera vez medir con una buena precisión de la velocidad de la luz. Fizeau pudo obtener realizando experimentos en "cortas distancias" (aproximadamente 16 km) el valor de velocidad de la luz sobre la superficie terrestre. En la figura 1 se muestra el dispositivo utilizado para medir el intervalo de tiempo que tarda la luz en recorrer la distancia d de ida y vuelta:

Figura 1. Esquema del experimento usado por Fizeau para medir la velocidad de la luz. Cuando la luz incide en el espejo distante.

Fizeau hizo incidir luz sobre el espejo semitransparente, dirigiendo así la luz hacia el espejo colocado a una distancia de 16 km aproximadamente, la luz pasa previamente por el espacio A entre dos de los dientes de la rueda dentada que rota. La velocidad de la rueda es ajustada, de modo tal que la luz luego de reflejarse en el espejo distante, regresa a la rueda dentada pasando exactamente por el espacio B (contiguo al espacio A), llegando al observador. 

Figura 2. Esquema del experimento usado por Fizeau para medir la velocidad de la luz, luego que la luz se refleja en el espejo distante.

De esta forma, el tiempo que tardaba la luz en realizar el recorrido de ida y vuelta entre la rueda dentada y el espejo era igual al que tardaba la rueda en girar el ángulo que corresponde a la distancia entre los espacios A y B. Sabiendo el número de vueltas por segundo que realizaba la rueda y la cantidad de dientes que tenía, Fizeau pudo obtener el valor del tiempo. Como la distancia entre la rueda y el espejo era conocida y haciendo distancia, multiplicada por dos dividida el tiempo determinado anteriormente llegó a un valor de velocidad de la luz igual a 3,13 x 10⁸ m/s.

Los experimentos de Foucault y Michelson

Perfeccionando el método de Fizeau, Leon Foucault (francés) sustituyó la rueda dentada por un sistema de espejos en rotación (Figura 3.), así logró realizar medidas muy precisas de la velocidad de la luz, llegando en 1862 a un valor de c = 2,98 x 10⁸ m/s (este valor es muy cercano al que actualmente se usa). 

Figura 3. Esquema del experimento usado por Foucault para medir la velocidad de la luz

El experimento de Foucault es de suma importancia porque con su sistema de espejos pudo medir la velocidad de la luz haciéndola recorrer distancias muy pequeñas comparadas con las que usó Fizeau, así también midió por primera vez la velocidad de la luz en diferentes medios materiales, por ejemplo en el agua. Encontró que la velocidad de la luz en el agua es de 2,23 x 10⁸ m/s, este valor es menor al de la velocidad de la luz en el aire. Esta evidencia experimental conmocionó a la comunidad científica de la época (sobre todo de los partidarios de las ideas de Newton y su naturaleza de la luz), ya que se creía que la velocidad de la luz debía ser mayor en los medios materiales.

La determinación de un valor preciso de la velocidad de la luz, ha sido el desvelo de varios científicos de diversos países. Se destaca el trabajo de Albert Michelson (estadounidense), durante aproximadamente 50 años se dedicó a realizar experimentos para llegar en 1932 al valor, c = 2,9977 x 10⁸ m/s, la cantidad de cifras significativas en el resultado, muestra la gran precisión de sus experimentos.

La velocidad de la luz es una de las magnitudes que se conoce con muy buena precisión. Actualmente el valor aceptado es, c = 2,997925 x 10⁸ m/s. En general, cuando se debe usar el valor de la velocidad de la luz se utiliza el valor c = 3,00 x 10⁸ m/s (se utilizan sólo tres cifras significativas).

Contesta las siguientes preguntas:

1. ¿Qué variables dependiente e independiente habrá elegido Fizeau para su experimento? ¿Cuáles serán las variables que dejó fijas (llamadas variables de control)?
2. ¿Por qué te parece que sea importante conocer con precisión el valor de la velocidad de la luz?
3. ¿Qué opinas del resultado obtenido por Foucault en 1862?
4. Indaga sobre la posibilidad de que un objeto material alcance la velocidad de la luz.