Wiele osób wiedziało o istnieniu takiej koncepcji, jak „prędkość światła” od wczesnego dzieciństwa. Ale nie wszyscy wiedzą szczegółowo o tym zjawisku.
Wielu zwróciło uwagę na fakt, że podczas burzy występuje opóźnienie między błyskiem błyskawicy a dźwiękiem grzmotu. Wybuch z reguły dociera do nas szybciej. Oznacza to, że ma większą prędkość niż dźwięk. Jaki jest tego powód? Jaka jest prędkość światła i jak jest mierzona?
Jaka jest prędkość światła?
Najpierw zrozummy, jaka jest prędkość światła. Naukowo jest to taka ilość, która pokazuje, jak szybko promienie poruszają się w próżni lub w powietrzu. Musisz także wiedzieć, czym jest światło. To promieniowanie jest postrzegane przez ludzkie oko. Prędkość zależy od warunków otoczenia, a także innych właściwości, na przykład refrakcji.
Interesujący fakt: Podróż światła z Ziemi do satelity, księżyca, trwa 1,25 sekundy.
Jaka jest prędkość światła według twoich słów?
Mówiąc prościej, prędkość światła to czas, w którym wiązka światła przemieszcza się na dowolną odległość. Czas jest zwykle mierzony w sekundach. Jednak niektórzy naukowcy używają różnych jednostek. Odległość jest również mierzona na różne sposoby. Zasadniczo - jest to metr. Oznacza to, że ta wartość jest uwzględniana wm / s. Fizyka wyjaśnia to w następujący sposób: zjawisko poruszające się z określoną prędkością (stałą).
Aby ułatwić zrozumienie, spójrzmy na następujący przykład. Rowerzysta porusza się z prędkością 20 km / h. Chce dogonić kierowcę samochodu, którego prędkość wynosi 25 km / h. Jeśli policzysz, samochód jedzie o 5 km / h szybciej niż rowerzysta. Z promieniami światła rzeczy są inne. Bez względu na to, jak szybko poruszają się pierwsza i druga osoba, światło względem nich porusza się ze stałą prędkością.
Jaka jest prędkość światła?
Gdy nie znajduje się w próżni, różne warunki wpływają na światło. Substancja, przez którą przechodzą promienie, w tym. Jeśli liczba metrów na sekundę nie zmienia się bez dostępu tlenu, wówczas w środowisku z dostępem powietrza zmienia się wartość.
Światło przepływa wolniej przez różne materiały, takie jak szkło, woda i powietrze. Zjawisko to otrzymuje współczynnik załamania światła, aby opisać, jak bardzo spowalniają ruch światła. Szkło ma współczynnik załamania światła 1,5, co oznacza, że światło przepływa przez niego z prędkością około 200 tysięcy kilometrów na sekundę. Współczynnik załamania wody wynosi 1,3, a współczynnik załamania powietrza wynosi nieco więcej niż 1, co oznacza, że powietrze tylko nieznacznie spowalnia światło.
Dlatego po przejściu przez powietrze lub ciecz prędkość zwalnia, stając się mniejsza niż w próżni. Na przykład w różnych zbiornikach prędkość ruchu promieni wynosi 0,75 prędkości w przestrzeni. Ponadto, przy standardowym ciśnieniu 1,01 bar, tempo zwalnia o 1,5-2%. Oznacza to, że w warunkach naziemnych prędkość światła zmienia się w zależności od warunków otoczenia.
W przypadku takiego zjawiska wymyślili specjalną koncepcję - załamanie. To znaczy załamanie światła. Jest szeroko stosowany w różnych wynalazkach. Na przykład refraktor to teleskop z układem optycznym. Za jego pomocą powstają również lornetki i inny sprzęt, którego istotą jest użycie optyki.
Ogólnie rzecz biorąc, najmniejszy promień można załamać, przepuszczając zwykłe powietrze. Przechodząc przez specjalnie utworzone szkło optyczne, prędkość wynosi około 195 tysięcy kilometrów na sekundę. To prawie 105 tysięcy km / s mniej niż stała.
Najdokładniejsza wartość prędkości światła
Przez lata fizycy zdobyli doświadczenie w badaniu prędkości promieni świetlnych. W tej chwili najdokładniejsza wartość prędkości światła to 299 792 kilometrów na sekundę. Stała została założona w 1933 roku. Liczba jest nadal aktualna.
Pojawiły się jednak dalsze trudności z określeniem wskaźnika.Było to spowodowane błędem licznika. Teraz sam miernik zależy bezpośrednio od prędkości światła. Jest równa odległości, jaką promienie pokonują w określonej liczbie sekund - 1 / prędkość światła.
Jaka jest prędkość światła w próżni?
Ponieważ różne warunki panujące w próżni nie mają wpływu na światło, jego prędkość nie zmienia się tak jak na Ziemi. Prędkość światła w próżni wynosi 299 792 kilometrów na sekundę. Ten wskaźnik jest granicą. Uważa się, że nic na świecie nie może poruszać się szybciej, nawet ciała kosmiczne, które poruszają się dość szybko.
Na przykład myśliwiec Boeing X-43, który przekracza prędkość dźwięku prawie 10 razy (ponad 11 tysięcy km / h), leci wolniej niż wiązka. Ten ostatni porusza się o ponad 96 tysięcy kilometrów na godzinę szybciej.
Jak zmierzono prędkość światła?
Pierwsi naukowcy próbowali zmierzyć tę wartość. Zastosowano różne metody. W czasach starożytnych ludzie nauki wierzyli, że jest nieskończony, dlatego nie można go zmierzyć. Ta opinia trwała długo, aż do 16-17 wieku. W tamtych czasach pojawili się inni naukowcy, którzy sugerowali, że wiązka ma koniec, i że prędkość można zmierzyć.
Słynny astronom z Danii Olaf Roemer przeniósł wiedzę o prędkości światła na nowy poziom. Zauważył, że zaćmienie księżyca Jowisza jest spóźnione. Wcześniej nikt nie zwracał na to uwagi. W związku z tym postanowił obliczyć prędkość.
Podał przybliżoną prędkość, która wynosiła około 220 tysięcy kilometrów na sekundę. Później naukowiec z Anglii James Bradley podjął się badania. Chociaż nie miał całkowitej racji, nieco zbliżył się do obecnych wyników badań.
Po pewnym czasie większość naukowców zainteresowała się tą ilością. Badaniami objęto osoby z różnych krajów. Jednak do lat 70. XX wieku nie było wielkich odkryć. Od lat 70. XX wieku, kiedy wynaleziono lasery i masery (generatory kwantowe), naukowcy przeprowadzili badania i uzyskali dokładną prędkość. Obecna wartość obowiązuje od 1983 r. Poprawione tylko małe błędy.
Doświadczenie Galileusza
Naukowiec z Włoch zaskoczył wszystkich badaczy tamtych lat prostotą i geniuszem swojego doświadczenia. Udało mu się zmierzyć prędkość światła za pomocą zwykłych narzędzi, które były na wyciągnięcie ręki.
On i jego asystent wspięli się na sąsiednie wzgórza, wcześniej obliczyli odległość między nimi. Zabrali zapalone latarnie, wyposażyli je w przepustnice, które otwierają i zamykają światła. Z kolei otwierając i zamykając światło, próbowali obliczyć prędkość światła. Galileusz i asystent wiedzieli z wyprzedzeniem, z jakim opóźnieniem otworzą i zamkną światło. Kiedy jeden się otworzył, drugi robi to samo.
Jednak eksperyment był porażką. Aby to zadziałało, naukowcy musieliby stać w odległości milionów kilometrów od siebie.
Doświadczenie Römera i Bradleya
To badanie zostało już krótko napisane powyżej. To jedno z najbardziej postępowych doświadczeń tamtych czasów. Römer wykorzystał wiedzę w astronomii do pomiaru prędkości promieni. Stało się to w 76 roku XVII wieku.
Badacz obserwował Io (satelita Jowisza) przez teleskop. Odkrył następujący wzór: im bardziej nasza planeta oddala się od Jowisza, tym większe opóźnienie w zaćmieniu Io. Największe opóźnienie wyniosło 21–22 minut.
Zakładając, że satelita oddala się w odległości równej długości średnicy orbity, naukowiec podzielił odległość na czas. W rezultacie otrzymał 214 tys. Kilometrów na sekundę. Chociaż badanie to jest uważane za bardzo przybliżone, ponieważ odległość była przybliżona, zbliżyła się do obecnego wskaźnika.
W XVIII wieku James Bradley uzupełnił badanie. Aby to zrobić, użył aberracji - zmiany położenia ciała kosmicznego z powodu ruchu Ziemi wokół Słońca. James zmierzył kąt aberracji i znając prędkość naszej planety, uzyskał wartość 301 tysięcy kilometrów na sekundę.
Fizeau Experience
Badacze i zwykli ludzie byli sceptycznie nastawieni do doświadczeń Römera i Jamesa Bradleya. Mimo to wyniki były najbliższe prawdy i istotne przez ponad sto lat. W XIX wieku Arman Fizeau, naukowiec ze stolicy Francji, Paryża, przyczynił się do pomiaru tej ilości. Zastosował metodę migawki obrotowej. Podobnie jak Galileo Galilei ze swoim asystentem, Fizeau nie obserwował ciał niebieskich, ale badał w laboratorium.
Zasada doświadczenia jest prosta. Promień światła skierowany był w lustro. Odbijając się od niego, światło przechodziło przez zęby koła. Następnie uderzył w inną powierzchnię odbijającą, która była oddalona o 8,6 km. Koło obracano, zwiększając prędkość, aż wiązka była widoczna w następnej szczelinie. Po obliczeniach naukowiec uzyskał wynik 313 tys. Km / s.
Później badanie powtórzył francuski fizyk i astronom Leon Foucault, uzyskując wynik 298 tys. Km / s. Najdokładniejszy wynik w tym czasie. Późniejsze pomiary przeprowadzono za pomocą laserów i maserów.
Czy możliwa jest superluminalna prędkość?
Istnieją obiekty szybsze niż prędkość światła. Na przykład promienie słoneczne, cień, wibracje fal. Chociaż teoretycznie mogą rozwinąć prędkość superświetlną, energia, którą emitują, nie pokrywa się z ich wektorem ruchu.
Jeśli wiązka światła przechodzi na przykład przez szkło lub wodę, elektrony mogą ją wyprzedzić. Nie mają ograniczenia prędkości ruchu. Dlatego w takich warunkach światło nie porusza się szybciej niż ktokolwiek.
Zjawisko to nazywa się Efekt Wawiłowa-Czerenkowa. Najczęściej spotykany w głębokich zbiornikach i reaktorach.