Priame šírenie svetla

Čo je svetlo?

Podľa moderných konceptov sú viditeľné svetlo elektromagnetické vlny s dĺžkou od 400 nm (fialové) do 760 nm (červené).

Svetlo, ako všetky elektromagnetické vlny, sa pohybuje veľmi vysokou rýchlosťou. Vo vákuu je rýchlosť svetla asi 3 × 10 8 m / s.

Čitateľ: Ako sa vám podarilo zmerať takú „obludnú“ rýchlosť?

Ako bola stanovená rýchlosť svetla?

Astronomická metóda na meranie rýchlosti svetla. Rýchlosť svetla prvýkrát zmeral dánsky vedec Römer v roku 1676. Jeho úspech je spôsobený práve tým, že vzdialenosti prekonané svetlom, ktoré použil na meranie, boli veľmi veľké. Toto sú vzdialenosti medzi planétami slnečnej sústavy.

Roemer pozoroval zatmenia mesiacov Jupitera, najväčšej planéty slnečnej sústavy. Jupiter má na rozdiel od Zeme najmenej šestnásť satelitov. Jeho najbližší spoločník Io sa stal predmetom Römerových pozorovaní. Videl, ako satelit prešiel pred planétou, a potom sa ponoril do jeho tieňa a zmizol z dohľadu. Potom sa znova objavil ako okamžite blikajúca lampa. Časový interval medzi dvoma svetlicami bol 42 hodín 28 minút. Tento „mesiac“ bol teda obrovskými nebeskými hodinami, ktoré v pravidelných intervaloch vysielali svoje signály na Zem.

Pozorovania sa najskôr uskutočňovali v čase, keď sa Zem vo svojom pohybe okolo Slnka dostala najbližšie k Jupiteru (obr. 1.1) . Roemer, ktorý poznal obežnú dobu mesiaca Io okolo Jupitera, zostavil jasný rozvrh časov jeho výskytu rok vopred. Ale o šesť mesiacov neskôr, keď sa Zem vzdialila od Jupitera o priemer svojej obežnej dráhy, Roemer prekvapilo, keď zistil, že satelit je príliš neskoro na to, aby sa vynoril z tieňa až o 22 minút v porovnaní s „vypočítaným“ časom jeho vzhľad.

Roemer to vysvetlil takto: „Ak by som mohol zostať na druhej strane obežnej dráhy Zeme, satelit by sa vždy objavil z tieňa v určený čas; tamojší pozorovateľ by videl Io o 22 minút skôr. Oneskorenie je v tomto prípade spôsobené skutočnosťou, že svetlu trvá 22 minút, kým sa presunie z miesta môjho prvého pozorovania do mojej súčasnej polohy. “ Keď poznáme oneskorenie vzhľadu Io a vzdialenosť, ktorá ho spôsobila, môžeme určiť rýchlosť tak, že túto vzdialenosť (priemer obežnej dráhy Zeme) vydelíme časom oneskorenia. Rýchlosť sa ukázala byť extrémne vysoká, približne 215 000 km / s. Preto je mimoriadne ťažké pochopiť čas šírenia svetla medzi dvoma vzdialenými bodmi Zeme. Svetlo skutočne za jednu sekundu prejde vzdialenosť 7,5 -krát väčšiu ako je zemský rovník.

Laboratórne metódy na meranie rýchlosti svetla. Rýchlosť svetla laboratórnou metódou prvýkrát zmeral francúzsky vedec Fizeau v roku 1849. V jeho experimente svetlo zo zdroja prechádzajúceho šošovkou dopadalo na polopriehľadnú dosku 1 (obr. 1.2). Po odraze od platne bol zaostrený úzky lúč nasmerovaný na obvod rýchlo sa otáčajúceho ozubeného kolesa.

Svetlo prechádzalo medzi hrotmi a dostalo sa do zrkadla 2, nachádza sa vo vzdialenosti niekoľko kilometrov od kolesa. Keď sa svetlo odrazilo od zrkadla, muselo znova prejsť medzi zubami a potom vstúpiť do oka pozorovateľa. Keď sa koleso pomaly točilo, bolo viditeľné svetlo odrazené od zrkadla. Ako sa rýchlosť otáčania zvyšovala, postupne mizla. O čo tu ide? Kým svetlo, ktoré prechádzalo medzi dvoma zubami, smerovalo k zrkadlu a späť, koleso sa stihlo otočiť tak, že na mieste štrbiny stál zub a svetlo prestalo byť viditeľné.

S ďalším zvýšením rýchlosti otáčania sa svetlo opäť stalo viditeľným. Počas cesty svetla k zrkadlu a späť sa koleso evidentne dokázalo otočiť natoľko, že nový slot už nahradil starý slot. Keď poznáte tento čas a vzdialenosť medzi kolesom a zrkadlom, môžete určiť rýchlosť svetla. V experimente Fizeau bola vzdialenosť 8,6 km a pre rýchlosť svetla bola získaná hodnota 313 000 km / s.

Bolo vyvinutých mnoho ďalších, presnejších laboratórnych metód na meranie rýchlosti svetla. Americký fyzik A. Michelson vyvinul najmä dokonalú metódu na meranie rýchlosti svetla pomocou rotujúcich zrkadiel namiesto ozubeného kolesa.

Podľa moderných údajov je rýchlosť svetla vo vákuu 299 792 458 m / s. Chyba pri meraní rýchlosti nepresahuje 0,3 m / s.

Úloha 1.1. Vo Fizeauovom experimente na určenie rýchlosti svetla prešiel svetelný lúč úzkou štrbinou medzi zubami rotujúceho kolesa, odrážajúceho sa od zrkadla umiestneného na diaľku. l= 8,6 km od kolesa, a vrátil sa, opäť prešiel pomedzi zuby kolesa. Pri akej minimálnej frekvencii n otáčania kolesa zmizlo odrazené svetlo? Počet zubov na kolese N.= 720. Rýchlosť svetla s= 3,0 × 10 8 m / s.

slot a zub, t.j. ak sa koleso zmení na dotvarovanie.

Pri otáčaní jedného zuba bude uhol otáčania (rad) a pri otáčaní ozubeným kolieskom (rad).

Nech sa uhlová rýchlosť otáčania kolesa rovná w, potom by sa koleso malo v priebehu času otáčať o uhol. Potom

.

Z poslednej rovnosti nájdeme n:

12 1 / s.

Odpoveď: 12 1 / s.

STOP! Posúďte sami: A1, B3, C1, C2.

Lúč svetla

Čitateľ: Ak je svetlo vlnou, čo potom má rozumieť svetelný lúč?

autor: Áno, svetlo je vlna, ale dĺžka tejto vlny je porovnaná s veľkosťou mnohých optických prístrojov veľmi malé... Pozrime sa, ako sa vlny správajú na hladine vody, keď sú rozmery prekážok oveľa väčšie ako vlnová dĺžka.

Ryža. 1.3

Zopakujme si experiment s vodnými vlnami spôsobenými vibráciami okraja pravítka. LL narážajúce na hladinu vody. Aby sme našli smer šírenia vĺn, postavili sme im do cesty prekážku MM s otvorom oveľa väčším ako je vlnová dĺžka. Zistíme, že za priečkou sa vlny šíria priamym kanálom ťahaným cez okraje otvoru (obr. 1.3) . Smer tohto kanála je smer šírenia vĺn. Ak vložíme oddiel, zostane nezmenený šikmo (MM "). Smer, v ktorom sa vlny šíria, je vždy kolmý k priamke, ktorej všetky body sú dosiahnuté vlnovou poruchou v rovnakom momente. Táto čiara sa nazýva vlnový front. Rovná čiara kolmá na čelo vlny (šípka na obr. . 1.3) udáva smer šírenia vlny. Zavoláme na túto linku lúč. Takže, lúč je geometrická čiara nakreslená kolmo na čelo vlny a ukazujúca smer šírenia poruchy vlny. V každom bode čela vlny môžete nakresliť kolmici na prednú stranu, to znamená lúč.

V nami uvažovanom prípade má predná časť vlny formu priamky; preto sú lúče vo všetkých bodoch prednej strany navzájom rovnobežné. Ak zopakujeme experiment a ako zdroj vlny vezmeme vibrujúci koniec drôtu, bude mať predná časť vlny tvar kruhu. Po umiestnení prekážok s dierami do dráhy takejto vlny, ktorej rozmery sú v porovnaní s vlnovou dĺžkou veľké, dostaneme obrázok znázornený na obr. 1.4. V tomto prípade sa teda smer šírenia vlny zhoduje s rovnými čiarami kolmými na prednú časť vlny, to znamená so smerom lúčov; v tomto prípade sú lúče reprezentované polomermi nakreslenými od bodu, kde vlny pochádzajú.

Pozorovania ukazujú, že v homogénnom médiu sa svetlo šíri aj pozdĺž rovné čiary.

Svetelný lúč nie je chápaný ako tenký lúč svetla, ale ako čiara označujúca smer šírenia svetelnej energie... Na určenie tohto smeru vyberáme úzke svetelné lúče, ktorých priemer musí stále presahovať vlnovú dĺžku. Potom tieto lúče nahradíme čiarami, ktoré sú osami svetelných lúčov (obrázok 1.6). Tieto čiary predstavujú svetelné lúče. Keď teda hovoríme o odraze alebo lome svetelných lúčov, máme na mysli zmenu smeru šírenia svetla.

Hlavnou výhodou zavedenia konceptu svetelného lúča je, že správanie sa lúčov v priestore je určené jednoduchými zákonmi - zákonmi geometrickej optiky.

Geometrická optika je odvetvie optiky, v ktorom sa študujú zákony šírenia svetla v priehľadných médiách na základe konceptu svetelného lúča.

Jeden zo základných zákonov geometrickej optiky je zákon priamočiareho šírenia svetla: v homogénnom médiu sa svetlo šíri v priamke.

Inými slovami, v homogénnom prostredí sú lúče svetla rovné čiary.

Zdroje svetla

Svetelné zdroje môžeme rozdeliť na nezávislé a odrazené.

Sebestačný - sú to zdroje, ktoré vyžarujú svetlo priamo: slnko, hviezdy, všetky druhy žiaroviek, plamene atď.

Odrazené svetelné zdroje odrážajú iba svetlo, ktoré na ne dopadá z nezávislých zdrojov. Akýkoľvek predmet v miestnosti osvetlenej slnečnými lúčmi: stôl, kniha, steny, skriňa je zdrojom odrazeného svetla. My sami sme zdrojom odrazeného svetla. Mesiac je tiež zdrojom odrazeného slnečného svetla.

Všimnite si tiež, že atmosféra je zdrojom odrazeného svetla a je to vďaka atmosfére, ktorá svitá ráno oveľa skôr, ako vyjde slnko.

Čitateľ: A prečo sú slnečné lúče, ktoré osvetľujú všetky predmety v miestnosti, samy neviditeľné?

Ľudské oko vníma iba tie lúče, ktoré do neho priamo dopadajú. Ak teda slnečný lúč prejde okolo oka, oko ho nevidí. Ale ak je vo vzduchu veľa prachu alebo dymu, potom sú slnečné lúče viditeľné: rozptylujúce sa na čiastočkách prachu alebo dymu sa časť slnečného svetla dostane do našich očí a potom vidíme „priebeh“ slnečného lúča.

STOP! Posúďte sami: A2 - A4, B1, B2, C3, C4.

Druhý zákon geometrickej optiky je zákon o nezávislosti svetelného lúča... Prekrížené v priestore, lúče navzájom sa neovplyvňujú.

Všimnite si toho, že vlny na vodnej hladine majú rovnakú vlastnosť: kríženie, navzájom sa neovplyvňujú.

STOP! Posúďte sami: B4.

Tieň a penumbra

Priamočiarosť šírenia svetla vysvetľuje vznik tieňa, teda oblasti, do ktorej nevstupuje svetelná energia. Pri malých veľkostiach zdroja (svetelný bod) sa získa ostro definovaný tieň (obr. 1.7). Ak by sa svetlo nešírilo v priamke, mohlo by prekážku obísť a tieň by nefungoval.

Ryža. 1,7 Obr. 1,8

Pri veľkých veľkostiach zdroja sa vytvárajú jemné tiene (obr. 1.8). Faktom je, že z každého bodu zdroja sa svetlo šíri v priamke a objekt, už osvetlený dvoma svetelnými bodmi, poskytne dva nesúladné tiene, ktorých superpozícia vytvára tieň nerovnomernej hustoty. Úplný tieň s rozšíreným zdrojom sa vytvára iba v tých oblastiach obrazovky, kde svetlo vôbec nespadá. Na okrajoch úplného tieňa je svetlejšia oblasť - čiastočný tieň. Keď sa vzdialite od oblasti úplného tieňa, penumbra sa stáva svetlejšou a ľahšou. Z oblasti úplného tieňa oko zdroj svetla vôbec neuvidí a z oblasti penumbry uvidí iba časť svojho povrchu (obr. 1.9).

1) Rýchlosť svetla prvýkrát zmeral dánsky vedec Roemer v roku 1676 pomocou astronomickej metódy. Načasoval čas, kedy bol najväčší z Jupiterových mesiacov Io v tieni tejto obrovskej planéty.

Roemer vykonal merania v okamihu, keď bola naša planéta najbližšie k Jupiteru, a v momente, keď sme boli z astronomického hľadiska o niečo ďalej od Jupitera. V prvom prípade bol interval medzi vzplanutiami 48 hodín a 28 minút. V druhom prípade satelit meškal 22 minút. Z toho sa usúdilo, že svetlo potrebuje na prejdenie vzdialenosti od predchádzajúceho pozorovania k súčasnému pozorovaniu 22 minút. Teória konečnej rýchlosti svetla bola teda dokázaná a jej rýchlosť bola približne vypočítaná, bola približne 299800 km / s.

2) Laboratórna metóda vám umožňuje určiť rýchlosť svetla na krátku vzdialenosť a vysokú presnosť. Prvé laboratórne experimenty vykonal Foucault a potom Fizeau.

Vedci a ich experimenty

Rýchlosť svetla prvýkrát určil v roku 1676 O. K. Roemer zo zmeny časových intervalov medzi zatmeniami satelitov Jupitera. V roku 1728 ho založil J. Bradley na základe svojich pozorovaní aberácie hviezdneho svetla. V roku 1849 AIL Fizeau ako prvý zmeral rýchlosť svetla v čase, keď svetlo potrebovalo prejsť presne známu vzdialenosť (základňu), pretože index lomu vzduchu sa veľmi líši od hodnoty 1, pozemné merania poskytujú hodnotu veľmi blízku rýchlosť.

Fizeauove skúsenosti

Fizeauov experiment - experiment na určenie rýchlosti svetla v pohybujúcich sa médiách (telách), ktorý v roku 1851 uskutočnil Louis Fizeau. Skúsenosti ukazujú účinok relativistického sčítania rýchlostí. S experimentom Fizeau je spojený aj prvý experiment laboratórneho určovania rýchlosti svetla.

Vo Fizeauovom experimente bol lúč svetla zo svetelného zdroja S, odrážaný polopriehľadným zrkadlom 3, periodicky prerušovaný rotujúcim ozubeným kotúčom 2, prešiel okolo základne 4-1 (asi 8 km) a odrazený od zrkadla 1 sa vrátil na disk. Svetlo dopadajúce na hrot nedosiahlo pozorovateľa a svetlo zachytené v medzere medzi hrotmi bolo možné pozorovať pomocou okulára 4. Čas svetla prechádzajúceho základňou bol určený zo známych rýchlostí otáčania disk. Fizeau získal hodnotu c = 313300 km / s.

Foucaultova skúsenosť

V roku 1862 J. BL Foucault realizoval myšlienku D. Arga, vyjadrenú v roku 1838, pomocou rýchlo sa otáčajúceho zrkadla (512 otáčok za sekundu) namiesto ozubeného kotúča. Odrazom od zrkadla bol lúč svetla nasmerovaný na základňu a po návrate opäť dopadol na to isté zrkadlo, ktoré malo čas otočiť sa o určitý malý uhol. So základňou iba 20 metrov zistil Foucault rýchlosť svetla 298 000 500 km / s. Schémy a základné myšlienky Fizeauovej a Foucaultovej metódy boli opakovane použité v nasledujúcich prácach na určenie rýchlosti svetla.

Stanovenie rýchlosti svetla metódou rotujúceho zrkadla (Foucaultova metóda): S– zdroj svetla; R je rýchlo sa otáčajúce zrkadlo; C je stacionárne konkávne zrkadlo, ktorého stred sa zhoduje s osou rotácie R (preto svetlo odrazené C vždy zasiahne R); M - priesvitné zrkadlo; L - šošovka; E - okulár; RC je presne nameraná vzdialenosť (základňa). Prerušovaná čiara ukazuje polohu R, ktorá sa zmenila v čase, keď svetlo prechádza dráhou RC a späť, a spätnú dráhu lúča lúčov šošovkou L, ktorá zhromažďuje odrazený lúč v bode S ', a nie v bode S, ako by to bolo pri pevnom zrkadle R. Rýchlosť svetla sa nastavuje meraním posunu SS '.

Hodnota c = 299796 4 km / s, ktorú získal A. Michelson v roku 1926, bola vtedy najpresnejšia a zapísala sa do medzinárodných tabuliek fyzikálnych veličín. rýchlosť svetelného optického vlákna

Meranie rýchlosti svetla v 19. storočí zohralo vo fyzike veľkú úlohu, čo ďalej potvrdilo vlnovú teóriu svetla. Foucaultovo porovnanie rýchlosti svetla s rovnakou frekvenciou vo vzduchu a vo vode z roku 1850 ukázalo, že rýchlosť vo vode je u = c / n (n), ako predpovedala vlnová teória. Bolo tiež nadviazané spojenie medzi optikou a teóriou elektromagnetizmu: nameraná rýchlosť svetla sa zhodovala s rýchlosťou elektromagnetických vĺn, vypočítanou z pomeru elektromagnetických a elektrostatických jednotiek elektrického náboja.

V moderných meraniach rýchlosti svetla sa používa modernizovaná metóda Fizeau s výmenou ozubeného kolesa za interferenciu alebo iný modulátor svetla, ktorý úplne prerušuje alebo zoslabuje svetelný lúč. Prijímač žiarenia je fotobunka alebo fotonásobič. Použitie lasera ako zdroja svetla, ultrazvukového modulátora so stabilizovanou frekvenciou a zvýšením presnosti merania dĺžky základne zníži chyby merania a získa hodnotu c = 299792,5 0,15 km / s. Okrem priamych meraní rýchlosti svetla z času prechodu známej základne sa často používajú aj nepriame metódy, ktoré poskytujú väčšiu presnosť.

Najpresnejšie meranie hodnoty „c“ je mimoriadne dôležité nielen vo všeobecných teoretických pojmoch a pre stanovenie hodnôt iných fyzikálnych veličín, ale aj pre praktické účely. Zvlášť pre nich. Stanovenie vzdialeností v čase prechodu rádiových alebo svetelných signálov v radare, optickej polohe, meraní dosahu svetla a v iných podobných meraniach sa týka určenia.

Meranie svetelného rozsahu

Hľadač dosahu svetla je geodetické zariadenie, ktoré umožňuje s vysokou presnosťou (až niekoľko milimetrov) merať vzdialenosti desiatok (niekedy stoviek) kilometrov. Napríklad vzdialenosť od Zeme k Mesiacu bola meraná optickým diaľkomerom s presnosťou niekoľko centimetrov.

Laserový diaľkomer je zariadenie na meranie vzdialeností pomocou laserového lúča.

Dlho predtým, ako vedci merali rýchlosť svetla, museli tvrdo pracovať na definovaní samotného pojmu „svetlo“. Jeden z prvých, kto o tom premýšľal, bol Aristoteles, ktorý považoval svetlo za druh mobilnej látky šíriacej sa priestorom. Jeho starorímsky kolega a nasledovník Lucretius Carus trval na atómovej štruktúre svetla.

Do 17. storočia sa vytvorili dve hlavné teórie o povahe svetla - korpuskulárne a vlnové. Newton patril medzi prívržencov prvého. Podľa jeho názoru všetky zdroje svetla vyžarujú najmenšie častice. V procese „letu“ vytvárajú svetelné čiary - lúče. Jeho protivník, holandský vedec Christian Huygens, trval na tom, že svetlo je akýmsi vlnovým pohybom.

V dôsledku stáročí sporov vedci dospeli k zhode: obe teórie majú právo na život a svetlo je spektrum elektromagnetických vĺn viditeľné okom.

Trochu histórie. Ako sa merala rýchlosť svetla

Väčšina starovekých vedcov bola presvedčená, že rýchlosť svetla je nekonečná. Výsledky štúdií Galilea a Hookea však uznali jeho hranicu, čo v 17. storočí jasne potvrdil vynikajúci dánsky astronóm a matematik Olaf Roemer.

Prvé merania vykonal pozorovaním zatmení Io, satelitu Jupitera v čase, keď sa Jupiter a Zem nachádzali na opačných stranách vzhľadom na Slnko. Roemer zaznamenal, že keď sa Zem vzďaľovala od Jupitera vo vzdialenosti rovnajúcej sa priemeru obežnej dráhy Zeme, čas oneskorenia sa zmenil. Maximálna hodnota bola 22 minút. V dôsledku výpočtov dostal rýchlosť 220 000 km / s.

O 50 rokov neskôr, v roku 1728, vďaka objavu aberácie anglický astronóm J. Bradley „spresnil“ tento údaj na 308 000 km / s. Neskôr rýchlosť svetla zmerali francúzski astrofyzici Francois Argo a Leon Foucault, ktorí pri „východe“ dostali rýchlosť 298 000 km / s. Ešte presnejšiu meraciu techniku ​​navrhol tvorca interferometra, známy americký fyzik Albert Michelson.

Michelsonov experiment pri určovaní rýchlosti svetla

Experimenty trvali od roku 1924 do roku 1927 a pozostávali z 5 sérií pozorovaní. Podstata experimentu bola nasledovná. Na Mount Wilson v blízkosti Los Angeles bol nainštalovaný svetelný zdroj, zrkadlo a rotujúci oktaedrálny hranol a po 35 km bolo na Mount San Antonio nainštalované zrkadlové zrkadlo. Najprv svetlo šošovkou a štrbinou dopadlo na hranol otáčajúci sa pomocou vysokorýchlostného rotora (rýchlosťou 528 otáčok za sekundu).

Účastníci experimentov mohli nastaviť rýchlosť otáčania tak, aby bol v okulári jasne viditeľný obraz zdroja svetla. Pretože bola známa vzdialenosť medzi vrcholmi a frekvenciou otáčania, Michelson určil hodnotu rýchlosti svetla - 299796 km / s.

Vedci sa nakoniec rozhodli pre rýchlosť svetla v druhej polovici 20. storočia, kedy boli vytvorené masery a lasery, charakterizované najvyššou stabilitou frekvencie žiarenia. Začiatkom 70. rokov chyba merania klesla na 1 km / s. Výsledkom bolo, že na základe odporúčania Generálnej konferencie XV o hmotnostiach a mierach, ktorá sa konala v roku 1975, bolo rozhodnuté predpokladať, že rýchlosť svetla vo vákuu je teraz rovná 299792,458 km / s.

Je pre nás rýchlosť svetla dosiahnuteľná?

Je zrejmé, že skúmanie vzdialených kútov vesmíru je nemysliteľné bez toho, aby vesmírne lode lietali veľkou rýchlosťou. Žiaduce pri rýchlosti svetla. Je to však možné?

Rýchlostná bariéra svetla je jedným z dôsledkov teórie relativity. Ako viete, zvýšenie rýchlosti vyžaduje zvýšenie energie. Rýchlosť svetla by vyžadovala takmer nekonečnú energiu.

Žiaľ, fyzikálne zákony sú kategoricky proti tomu. Častice letiace k nej, napríklad atómy vodíka, sa pri rýchlosti 300 000 km / s premenia na smrtiaci zdroj silného žiarenia rovnajúceho sa 10 000 sievert / s. Je to približne rovnaké ako vo vnútri Veľkého hadrónového urýchľovača.

Podľa vedcov z Univerzity Johna Hopkinsa zatiaľ čo v prírode neexistuje žiadna adekvátna ochrana pred takýmto monštruóznym kozmickým žiarením. Erózia z účinkov medzihviezdneho prachu dokončí zničenie lode.

Ďalším problémom rýchlosti svetla je dilatácia času. Staroba sa zároveň oveľa viac predĺži. Zrakové pole tiež prejde zakrivením, v dôsledku ktorého trajektória lode prejde akoby v tuneli, na konci ktorého posádka uvidí žiarivý záblesk. Za loďou zostane absolútna tma.

V blízkej budúcnosti bude teda musieť ľudstvo obmedziť svoje vysokorýchlostné „chúťky“ na 10% rýchlosti svetla. To znamená, že letu najbližšej hviezdy k Zemi - Proxima Centauri (4,22 svetelného roka) bude trvať asi 40 rokov.

Skutočne, ako? Ako merať najrýchlejšiu rýchlosť počas Vesmír v našich skromných pozemských podmienkach? Už si s tým nemusíme lámať hlavu - koniec koncov, niekoľko storočí na tomto probléme pracovalo toľko ľudí, ktorí vyvinuli metódy na meranie rýchlosti svetla. Začnime príbeh v poriadku.

Rýchlosť svetla- rýchlosť šírenia elektromagnetických vĺn vo vákuu. Označuje sa latinským písmenom c... Rýchlosť svetla je približne 300 000 000 m / s.

Na otázku merania rýchlosti svetla spočiatku nikto nemyslel. Existuje svetlo - to je skvelé. Potom, v ére staroveku, medzi učenými filozofmi prevládal názor, že rýchlosť svetla je nekonečná, to znamená okamžitá. Potom to bolo Stredovek s inkvizíciou, keď hlavnou otázkou mysliacich a pokrokových ľudí bola otázka „Ako sa nedostať do ohňa?“ A iba v ére Renesancia a Osvietenie názory vedcov sa znásobili a samozrejme rozdelili.

Takže, Descartes, Kepler a Farma mali rovnaký názor ako učenci staroveku. Veril však, že rýchlosť svetla je konečná, aj keď veľmi vysoká. V skutočnosti urobil prvé meranie rýchlosti svetla. Presnejšie, urobil prvý pokus o jeho zmeranie.

Galileova skúsenosť

Skúsenosť Galileo Galilei bol vynikajúci vo svojej jednoduchosti. Vedec vykonal experiment na meranie rýchlosti svetla vyzbrojený jednoduchými improvizovanými prostriedkami. Galileo a jeho asistent stáli vo veľkej a známej vzdialenosti od seba na rôznych kopcoch so zapálenými lampášmi. Jeden z nich otvoril roletu na lampióne a druhý musel urobiť to isté, keď uvidel svetlo prvého lampáša. Keď Galileo poznal vzdialenosť a čas (oneskorenie, kým asistent otvorí lampu), dúfal, že vypočíta rýchlosť svetla. Bohužiaľ, aby bol tento experiment úspešný, Galileo a jeho asistent museli vybrať kopce, ktoré sú od seba vzdialené niekoľko miliónov kilometrov. Chcel by som vám pripomenúť, že to môžete urobiť vyplnením žiadosti na webe.

Experimenty Roemera a Bradleyho

Prvým úspešným a prekvapivo presným experimentom pri určovaní rýchlosti svetla boli skúsenosti dánskeho astronóma Olaf Römer... Roemer použil astronomickú metódu merania rýchlosti svetla. V roku 1676 pozoroval pomocou teleskopu Jupiterov mesiac Io a zistil, že nástup zatmenia satelitu sa zmenil, keď sa Zem vzďaľovala od Jupitera. Maximálny čas oneskorenia bol 22 minút. Vzhľadom na to, že sa Zem vo vzdialenosti priemeru zemskej obežnej dráhy vzďaľuje od Jupitera, Roemer rozdelil približnú hodnotu priemeru podľa časového oneskorenia a získal hodnotu 214 000 kilometrov za sekundu. Tento výpočet bol samozrejme veľmi hrubý, vzdialenosti medzi planétami boli známe len približne, ale výsledok sa ukázal byť relatívne blízko pravde.

Bradleyho skúsenosti. V roku 1728 James Bradley odhadoval rýchlosť svetla pozorovaním odchýlky hviezd. Aberácia Je zmena zdanlivej polohy hviezdy spôsobená pohybom Zeme. Bradley, ktorý poznal rýchlosť pohybu Zeme a meral uhol aberácie, získal hodnotu 301 000 kilometrov za sekundu.

Fizeauove skúsenosti

Výsledok skúsenosti Roemera a Bradleyho považoval vtedajší vedecký svet s nedôverou. Napriek tomu bol Bradleyho výsledok najpresnejší za viac ako sto rokov, až do roku 1849. Toho roku francúzsky vedec Armand Fizeau meral rýchlosť svetla metódou rotujúcej uzávierky bez pozorovania nebeských telies, ale tu na Zemi. V skutočnosti to bola prvá laboratórna metóda po Galileovi na meranie rýchlosti svetla. Nasleduje schéma jeho laboratórneho nastavenia.

Svetlo odrazené od zrkadla prešlo zubami kolesa a odrazilo sa od iného zrkadla vzdialeného 8,6 kilometra. Rýchlosť kolesa sa zvyšovala, kým nebolo v ďalšej medzere viditeľné svetlo. Fizeauove výpočty poskytli výsledok 313 000 kilometrov za sekundu. O rok neskôr uskutočnil podobný experiment s otočným zrkadlom Leon Foucault, ktorý dosiahol výsledok 298 000 kilometrov za sekundu.

S príchodom masérov a laserov majú ľudia nové možnosti a metódy na meranie rýchlosti svetla a vývoj teórie umožnil aj výpočet rýchlosti svetla nepriamo, bez toho, aby sa vykonávali priame merania.

Najpresnejšia hodnota rýchlosti svetla

Ľudstvo nahromadilo obrovské skúsenosti s meraním rýchlosti svetla. K dnešnému dňu sa za hodnotu považuje najpresnejšia hodnota rýchlosti svetla 299 792 458 metrov za sekundu prijaté v roku 1983. Je zaujímavé, že ďalšie, presnejšie meranie rýchlosti svetla sa ukázalo ako nemožné kvôli chybám v meraní metrov... Teraz je hodnota merača viazaná na rýchlosť svetla a rovná sa vzdialenosti, ktorú svetlo prejde za 1/299 792 458 sekúnd.

Nakoniec, ako vždy, odporúčame pozrieť si vzdelávacie video. Priatelia, aj keď stojíte pred takou úlohou, ako je nezávislé meranie rýchlosti svetla improvizovanými prostriedkami, môžete sa bezpečne obrátiť o pomoc na našich autorov. môžete vyplniť žiadosť na webovej stránke korešpondenčného kurzu. Prajeme vám príjemné a ľahké štúdium!