Zijdelingse snelheid van licht

[Victor]

Hallo,

Een vraagje... Stel, een schijf. Op de schijfomtrek hangt een laser. Deze laser is zodanig geplaatst dat de laserstraal enkel in het verlengde schijnt van de middellijn van de schijf.

Nu laat de schijf heel erg snel rond z'n as draaien.

De laser zendt een extreem kort pulsje uit.

laserlicht 520 keer bekeken

Waar komt het pulsje op de fotografische plaat terecht?

In punt A of punt B?

m.a.w...heeft een lichtstraal een zijdelingse beweging?

Ergens heb'k ooit eens iets gelezen over een compas, had hiermee te maken...maar'k ben helaas de trefwoorden kwijt...

Bedankt!

Victor

[Phys]

Nu laat de schijf heel erg snel rond z'n as draaien.

De laser zendt een extreem kort pulsje uit.

Op welk tijdstip doet hij dat? Hij zendt één enkel pulsje (laten we zeggen één foton) uit op het moment dat de laser gericht staat op A? Ik zou niet weten waarom het foton dan niet ook op A terecht komt.

m.a.w...heeft een lichtstraal een zijdelingse beweging?

Een perfecte laser, d.w.z. zonder enige divergerende werking, zal een lichtstraal uitzenden die perfect rechtdoor gaat. Nu bestaat deze in de praktijk niet en is er dus altijd divergentie, maar zijdelingse beweging is er eigenlijk sowieso niet (divergentie wordt niet veroorzaakt door 'zijdelingse beweging', maar doordat de lichtstralen die de lichtbundel opbouwen niet alle parallel staan).

[Victor]

Ja, dat bedoelde'k, stel een foton...

Nu eens een extremer gedachtenexperiment...misschien verander je hierdoor je antwoord naar 'B', misschien ook niet...

Stel, een planeet zonder dampkring vliegt door de ruimte aan de lichtsnelheid (relativistische effecten en andere bedenkingen buiten beschouwing gelaten). Je staat 'savonds laat (ja dit is al zo bedenkelijk, 'savonds laat op zo'n planeet... ) in je ruimtepak op een vlakte. Je richt een laser 90° tegenover de grond, recht boven je, maar laat hem nog niet branden. Door talrijke stofdeeltjes zal je laserstraal mooi zichtbaar zijn. Nu duw je op het knopje. Wat zie je?

A) je ziet de laserstraal een hoek met de planeet maken.

B) je ziet de laserstraal netjes 90° verticaal gaan, zoals we dit gewend zijn.

Antwoord A en B van dit gedachtenexperiment komen overeen met de A en B van vorig experiment. Indien licht ongevoelig is voor de loodrechte beweging van de bron, zal het licht in dit experiment een hoek maken, en in het vorig experiment rechtdoor vliegen. Indien het licht wél beïnvloed wordt door de loodrechte beweging van de bron, zal in dit experiment de laserstraal netjes 90° verticaal gaan (dus een snelheid c in zijn richting en een zijwaardse snelheid c samen met de planeet), en in het vorig experiment schuin gaan.

Wat verkies je, A of B?

[Phys]

Ik vind dat je het wel ingewikkeld maakt. De planeet beweegt aan de lichtsnelheid, maar ik moet relativistische effecten buiten beschouwing laten. [Laat het duidelijk zijn dat dit volgens de relativiteitstheorie onmogelijk is - geen enkel voorwerp met massa kan bewegen aan de lichtsnelheid.] Dus je wilt klassiek een bol bekijken die heel snel om zijn as draait. Wat bedoel je echter met 'bewegen aan de lichtsnelheid'? De bol (de planeet) draait om zijn as, en heeft dan toch alleen een hoeksnelheid (rad/s)?

Ik zie (vooralsnog) niet in wat in dit geval het verschil is volgens jou:

Indien licht ongevoelig is voor de loodrechte beweging van de bron, zal het licht in dit experiment een hoek maken, en in het vorig experiment rechtdoor vliegen.

In dit experiment maakt het licht een hoek, want jij draait met de planeet mee en ziet de lichtstraal dus een (toenemende) hoek maken vantui jouw ruststelsel. In het eerste experiment zal de straal weliswaar in A uitkomen, maar als jij meedraait met de lichtbron, lijkt het vanuit jouw ruststelsel ook alsof de straal een hoek maakt - je draait immers weg van de straal!

[Victor]

Ah! Ik doelde op "baansnelheid" van de planeet...zonder rotatie.

In dit geval, zal de lichtstraal 90° verticaal naar boven gaan, vanuit mijn oogpunt gezien, met beide voeten op de planeet?

[Phys]

Dus voor de goede orde: je staat op een planeet (of een ander willekeurig voorwerp) dat met de lichtsnelheid reist. We beschouwen dit probleem klassiek, dus we negeren het feit dat dit überhaupt onmogelijk is en doen alsof het een puur klassiek mechanisch probleem is. De snelheid © zou dan t.o.v. een absoluut ruststelsel zijn.

Nu zend je op t=0 een lichtstraal (of een foton) recht verticaal omhoog. Volgens mij is het dan simpelweg een kwestie van de snelheden vectorieel optellen. Je foton heeft dan een horizontale snelheid van c, en krijgt door het uitzenden een verticale snelheid van eveneens c. De resultante snelheid is dan

\(\sqrt{c^2+c^2}=\sqrt{2}c\)

, en maakt een hoek van pi/4 met jouw baan.

Nogmaals, ik zie niet waar je heen wilt. Ik zie de analogie met je eerste vraag niet. Bovendien kun je net zo goed een willekeurige snelheid v in plaats van c gebruiken, als we het toch niet-relativistisch benaderen?

[Victor]

e foton heeft dan een horizontale snelheid van c, en krijgt door het uitzenden een verticale snelheid van eveneens c. De resultante snelheid is dan

\(\sqrt{c^2+c^2}=\sqrt{2}c\)

, en maakt een hoek van pi/4 met jouw baan.

Dat dacht ik ook, die maakt een hoek van 45°!

De reden om in't gedachtenexperiment met de lichtsnelheid te werken, is dat het gemakkelijker voor te stellen is (beter een hoek van 45° dan eentje van 0,0000045°...). Dit was de enige reden. Maar misschien maakte ik het voor de lezer alleen maar ingewikkelder...was niet de bedoeling.

Waar ik eigenlijk naartoe wil:

Indien de lichtstraal in dergelijke opstelling een hoek maakt, afhankelijk van de snelheid van de planeet, dan zou men door deze hoek te meten, kunnen berekenen hoe snel deze planeet vliegt. In ons geval de aarde. De snelheid van de aarde gerefereerd tegenover wat? Tegenover de snelheid van een foton, loodrecht op zijn bewegingsrichting...Dit toegepast in een echt experiment zou ons op die manier de snelheid van de aarde opleveren...

Indien de snelheid van de lichtbron geen invloed heeft op de zijwaardse beweging van een foton, zou dit als universeel referentiepunt gebruikt kunnen worden....

Of is dit absurd?