Antwoord 4: In deze opgave moeten we zorgvuldig snelheden bij elkaar optellen. Gegeven is de richting en grootte van de etherwind ($\vec v$) en de grootte (c) van de lichtsnelheid t.o.v. de ether. We moeten nu de richting van deze lichtsnelheid in beide armen van de interferometer, voor zowel de heen- als de terugreis van het licht, zodanig kiezen dat de som van $\vec v$en $\vec c$ langs een van de twee armen wijst. Hieruit moet dan de grootte van de resulterende snelheid volgen, waarmee het licht zich langs de armen beweegt. Voor de arm met lengte dk, schrijven we ckh voor de snelheid bij de heenreis en ckt voor de snelheid bij de terugreis (met uiteraard k=1 of 2). Er zijn verschillende manieren om c1,2h,t te brekenen. We laten ons daarbij leiden door de fysische vraagstelling. De situatie is in de figuur weergegeven voor de berekening van c1h.
\begin{figure}
\vspace{5.3cm}
\hskip4.5cm
\special{psfile=mimor.ps voffset=-110 hoffset=0 vscale=50.0 hscale=50.0}\end{figure}
We willen dat de component van $\vec c{\,}^h_1$ in de richting loodrecht op de horizontale arm nul is. Met de hulphoek $\beta$ betekent dit dat $v\sin\alpha=c\sin\beta$. Hieruit kunnen we $\beta$ elimineren, i.h.b geldt $\cos\beta=\sqrt{1-\sin{}^2\beta}=\sqrt{1-v^2\sin{}^2\alpha/c^2}$. Met deze hulphoek $\beta$ kunnen we nu ook eenvoudig c1h bepalen als de som van de twee componenten langs de horizontale arm, $c_1^h=c\cos\beta
+v\cos\alpha$. Voor de terugreis van het licht verandert alleen dat we nu het verschil van de twee horizontale componenten moeten nemen (de verticale componenten moeten het zelfde blijven om de lichtstraal horizontaal te houden). Dus geldt $c_1^t=c\cos\beta-v\cos\alpha$. De totale looptijd van het licht, heen en terug, is nu dus $\Delta t_1=d_1/c_1^h+d_1/c_1^t=d_1(c_1^h+c_1^t)/(
c_1^tc_1^h)$. We vinden dat $c_1^tc_1^h=c^2\cos\!{}^2\beta-v^2\cos\!{}^2
\alpha=c^2-v^2-c^2\sin{}^2\beta+v^2\sin{}^2\alpha=c^2-v^2$, zodanig dat $\Delta
t_1=2(c^2-v^2)^{-1}d_1c\cos\beta=2c^{-1}(1-v^2/c^2)^{-1}\sqrt{1-v^2\sin{}^2
\alpha/c^2}$. Tenslotte hadden we aangenomen dat iedere arm van de interferometer een contractie ondergaat, bepaald door de snelheidscomponent van de ether langs de arm. Voor de horizontale arm betekent dit een contractie met een factor $\sqrt{1-v^2\cos\!{}^2\alpha/c^2}$. Na deze correctie vinden we $\Delta t_1=2c^{-1}(1-v^2/c^2)^{-1}d_1\sqrt{1-v^2
\sin{}^2\alpha/c^2}\sqrt{1-v^2\cos\!{}^2\alpha/c^2}$. Voor de verticale arm is de analyse precies dezelfde indien we $\alpha$ vervangen door ${\scriptstyle{{1\over 2}}}\pi-
\alpha$, en natuurlijk d1 door d2. Hieronder wisselen de sinus en de cosinus van plaats, maar dit laat de uitdrukking voor $\Delta t_1/d_1$ onveranderd. Het gevraagde resultaat voor $\Delta t_1-\Delta t_2$ volgt nu uit $\Delta t_2/d_2=\Delta t_1/d_1$.