¿PODEMOS MEDIR la VELOCIDAD de la LUZ? Club de Ciencias "Ing. Ángel Di Palma" Mercedes - Buenos Aires

Nos preguntamos: Es posible medir la velocidad de la luz (C), o al menos demostrar que es finita, con un método al alcance de una institución común?

El valor de C sale de las ecuaciones de Maxwell del campo electromagnético. En el vacío, C= ,5 km/seg, y es una constante fundamental de la naturaleza. Medir una velocidad tan alta, usando v=e/t, es difícil con métodos sencillos: debemos medir, en espacios razonables, un tiempo muy corto. Esto se puede hacer con un equipo complejo, pero entonces no es asequible a un experimento escolar.

¿Qué podemos hacer? Podemos usar un espacio muy grande, como son las distancias astronómicas; esto nos permite usar tiempos fáciles de medir.

¿Cuál sería el método? En 1675, Röemer estudiaba los satélites de Júpiter. En un momento de máxima cercanía (oposición), toma el período P (lo que tarda en dar una vuelta), y el instante (t) en que se oculta uno de ellos, Io. [fig. 1]

T J Oposición - 16/09/98 Sol - Tierra - Júpiter S

Con estos datos es posible predecir en que instante (T) se ocultará en una fecha dada, en la que se cumplieron cierto número de vueltas (E). Por ejemplo, cuando está más lejos de la Tierra (conjunción). Esto se denomina hacer una efemérides.

Pero al hacerlo, comprobó que esto sucedía varios minutos (aprox. 17) MÁS TARDE. El motivo es que la luz tarde en llegar a nosotros más tiempo (mostrándonos que el satélite se oculta) al tener que atravesar el diámetro de la órbita terrestre (aprox km.). [fig. 2].

T J S Conjunción - 01/04/99 Tierra - Sol - Júpiter

¿Entonces? Decidimos repetir éste método, tan citado en bibliografía, pero casi nunca usado, para medir C. Pero... No es cuestión de observar en cualquier momento (debe verse el eclipse, etc.) y NO se lo puede hacer en conjunción (del otro lado del sol).

Además, este método da resultados con un gran error, por lo que decidimos: 1) repetirlo (sin observar en la conjunción) y verificarlo, demostrando, al menos, una velocidad finita de C; 2) analizar fuentes de error y 3) ver si es posible mejorarlo y si esto se justifica desde el punto de vista de ser una experiencia sencilla. El equipo y la técnica es sencillo (contando con un telescopio mediano).

Hipótesis Es posible realizar el método de Röemer para una determinación astronómica de C, observando cerca de la oposición y antes (o después) de la conjunción, pero teniendo en cuenta el distinto punto de vista (ángulo de fase) y corrigiendo por este factor.[fig. 3]

T J Nuestra observación: 16/02/99 Ángulo de fase S

Resultado final El valor obtenido con sólo dos observaciones es similar al obtenido por Röemer: C= km/seg, lo que implica una diferencia del 26% con respecto al verdadero

Conclusiones 1) La experiencia se puede realizar, teniendo en cuenta el ángulo de fase. Demuestra una velocidad finita de la luz (difícil de comprobar con otro tipo de experiencia), pero no da un valor razonablemente preciso.

Conclusiones 2) No se puede mejorar el error observando visualmente, por ser su principal fuente la calidad de imagen, en la que tiene mucho que ver la atmósfera y lo subjetivo del observador. Por eso, en sólo seis meses (o menos) se hace. No se gana casi nada dedicándole años de observación para promediar.

3) Se puede mejorar observando con mejor cielo y, sobre todo, objetivizando el método con, por ej., toma seriada e interpolada de imágenes CCD. Pero ante este esfuerzo, es preferible usar otro método. Conclusiones